UNIVERSIDADE DE LISBOA
FACULDADE DE CIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA
MODELAÇÃO HIDROGEOLÓGICA DA
ÁREA MINEIRA ABANDONADA
DE CASTELEJO (GUARDA)
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
DOUTORAMENTO EM GEOLOGIA
(Hidrogeologia)
2010
UNIVERSIDADE DE LISBOA
FACULDADE DE CIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA
MODELAÇÃO HIDROGEOLÓGICA DA
ÁREA MINEIRA ABANDONADA
DE CASTELEJO (GUARDA)
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
DOUTORAMENTO EM GEOLOGIA
(Hidrogeologia)
Tese orientada por
Prof. Doutora Maria Catarina Rosalino da Silva, FCL
Prof. Doutor Luís Filipe Tavares Ribeiro, IST
2010
RESUMO
O presente trabalho desenvolve-se na mina do Castelejo, uma antiga exploração de urânio
hoje desactivada, situada no planalto beirão, próximo de Gouveia, na base da Serra da Estrela.
A área é actualmente objecto de recuperação ambiental por parte da empresa encarregue de
gerir os passivos ambientais decorrentes da exploração mineira em Portugal.
A exploração decorreu entre 1979 e 1990 em duas cortas a céu aberto, tendo sido extraídas
cerca de 1.000.000 toneladas de rocha, que produziram cerca de 132 toneladas de minério
(U3O8). Mais tarde, em 1992, uma das cortas foi utilizada para lixiviação ácida de minério
pobre, proveniente tanto desta mina, como de outras situadas nas proximidades, o que
permitiu produzir ainda cerca de 22,5 toneladas de U3O8.
Os dados das análises de águas, resultantes da monitorização química a furos e poços
localizados no perímetro da área mineira, foram tratados através de análise multivariada,
tendo resultado na caracterização hidrogeológica preliminar da área mineira.
Foram efectuadas duas campanhas de prospecção geofísica, com vista à caracterização da
fracturação, no sentido de proceder à determinação de vias de escoamento preferencial da
água. Os resultados obtidos foram cruzados e complementados com análise de lineamentos e
informação retirada da bibliografia.
Os objectivos prosseguidos com a realização do trabalho visam a caracterização
hidrogeoquímica e hidrogeológica da envolvente da área mineira, efectuada por aplicação de
um modelo de especiação do urânio e da modelação do escoamento e transporte, com base na
informação recolhida.
O trabalho tem ainda em vista avaliar a possível contaminação da água subterrânea
relacionada com as actividades mineiras, bem como a sua eventual dispersão.
ABSTRACT
The present work takes place on Castelejo mine, an old uranium exploration currently
inactive, located near Gouveia, on Beirão plateau at Serra da Estrela base level.
The area is currently undergoing environmental remediation by the company in charge of
managing the environmental liabilities arising from mining in Portugal.
Exploitation took place between 1979 and 1990 in two open pits, having been drawn about
1,000,000 tons of rock, which produced around 132 tonnes of ore (U3O8). Later, in 1992, one
open pit was used for acid leaching of low-grade ore, both from this mine as from others
located nearby, allowing further production of about 22.5 tonnes of U3O8.
The data analysis of water, from monitoring chemical holes and wells located within the
boundaries of the mining area, were treated by multivariate analysis, resulting in the
preliminary hydrogeologic characterization of the mining area.
There two geophysical campaigns for the characterization of fracturing have been made, in
order to identify preferential paths of water flow. Obtained results were cross-checked and
supplemented with lineament analysis and other data taken from literature.
The objectives pursued with the completion of work aimed at the characterization of the
hydrogeochemical and hydrogeological environment of the mining area, by means of an
uranium speciation model and the modeling of flow and transport, based on information
collected.
The work also aims to assess the possible groundwater contamination related to mining, and
its eventual dispersal.
MODELAÇÃO HIDROGEOLÓGICA
DA ÁREA MINEIRA ABANDONADA DE CASTELEJO (GUARDA)
PALAVRAS-CHAVE
Antigas minas de urânio
Prospecção geofísica
Geoestatística aplicada à prospecção
Análise multivariada de dados
Modelo de escoamento e transporte
HYDROGEOLOGICAL MODELING
OF ABANDONED MINING AREA OF CASTELEJO (GUARDA)
KEYWORDS
Old uranium mining
Geophysical surveying
Geostatistics applied to geophysical surveying
Multivariate data analysis
Flow and transport model
Agradecimentos
São tantos os que contribuíram para a realização deste trabalho, que receio não me conseguir
lembrar de todos. Perdoem-nos os não constam desta breve lista, porque tal facto será decerto
mais devido a esquecimento, do que a ingratidão.
Ao Ministério da Justiça, pela equiparação a bolseiro concedida, sem a qual não teria sido
possível dar início ao trabalho.
Ao IGeoE pela cedência da cartografia em formato digital.
À Amélia Dill pela enorme disponibilidade e pela prospecção geofísica.
Uma grande palavra de apreço para os meus muitos amigos do actual Laboratório Nacional de
Energia e Geologia (ex-Instituto Geológico e Mineiro, IGM).
À Elsa e ao Rui, pela ajuda na interpretação das SEV’s.
Ao Luís Martins e ao Dr. Amaral Brites, pelos meios disponibilizados.
Ao Sr. Arsénio pelo trabalho de campo efectuado.
Ao Filipe e a Acúrcio Parra, pelo material bibliográfico e pelas sugestões.
Ao Ruben, pela carta de lineamentos.
Ao Augusto Costa e à Ana Pereira, pelo ensaio de traçagem.
À EDM, em particular à Engª Sofia Barbosa e à Engª Helena Gomes, pelo acompanhamento e
cedência de dados.
Ao Engº Carlos Ferreira e ao Dr. Campos, da ENU pela disponibilidade de meios e pessoal
manifestadas.
Ao Dr. Guimas pela disponibilidade total.
Ao Sr. Luís Lima pela ajuda no trabalho de campo.
Ao João e à Sónia pela ajuda sempre presente.
Ao Luís pelo estímulo e à Catarina pelo desvelo.
À JNICT, pelo apoio no Projecto POCTI/ECM/47983/2002.
Adenda
A prospecção geofísica efectuada no presente trabalho foi realizada no âmbito do Projecto
POCTI/ECM/47983/2002, financiado pela JNICT, em que foram parceiros o Instituto Superior
Técnico e o Instituto Geológico e Mineiro.
A prospecção geofísica RMT-R contou com o apoio do Professor Imre Müller – a quem se
agradece a disponibilidade manifestada -, do Centro de Hidrogeologia da Universidade de
Neuchâtel, Suíça, tendo a aparelhagem utilizada sido por si especificamente desenvolvida
para fins hidrogeológicos.
As figuras 5-6 a 5-9 foram elaboradas pela Professora Doutora Amélia Carvalho Dill, na
sequência da prospecção RMT-R, agradecendo-se a sua cedência para utilização no presente
trabalho.
À Rosa,
ao Gonçalo e à Carolina
ÍNDICE GERAL
1. INTRODUÇÃO
1.1. TRABALHO DE BASE E OBJECTIVOS PROPOSTOS
2. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA MINEIRA DE CASTELEJO
2.1. CLIMATOLOGIA
2.1.1. Temperatura
2.1.2. Precipitação
2.1.3. Insolação
2.1.4. Solo
2.1.5. Evapotranspiração
2.2. GEOLOGIA
2.3. TECTÓNICA
2.4. A ÁREA MINEIRA DE CASTELEJO
3. A DISTRIBUIÇÃO DO U EM PORTUGAL
3.1. REGIÃO URANÍFERA DAS BEIRAS
4. GEOFÍSICA
4.1. INTRODUÇÃO
4.2. MÉTODOS ELECTROMAGNÉTICOS UTILIZADOS
4.3. CONCEITOS UTILIZADOS
4.3.1. Resistividade
4.3.2. Indução
4.4. ELECTROMAGNETISMO “VERY LOW FREQUENCY” (VLF)
4.4.1. Princípios físicos - Emissores VLF e campo primário
4.4.2. Propagação das ondas VLF
4.4.3. Desfasamento das ondas
4.4.4. Anomalias das ondas
4.4.5. Acoplamento entre campo primário e estrutura condutora
4.4.6. Profundidade de investigação
4.4.7. Instrumentação de medida
4.4.8. Casos teóricos
4.4.9. VLF-Resistividade
4.4.9.1. Metodologia
4.4.9.2. Resistividade
4.4.9.3. Desfasamento
4.4.9.4. Interesse hidrogeológico das medidas
4.4.9.5. O modo direccional
4.4.9.6. Metodologia
4.4.9.7. Resistividade
4.4.9.8. Desfasamento
4.4.9.9. Tratamento dos dados
4.4.9.10. Interesse das medidas
4.5. SONDAGENS ELÉCTRICAS VERTICAIS (SEV’S)
4.5.1. Princípios do método
4.5.2. Sondagens Eléctricas Verticais - Schlumberger
5. PROSPECÇÃO GEOFÍSICA EFECTUADA NA VIZINHANÇA DA ÁREA MINEIRA DE
CASTELEJO
5.1. EMPREGO DO MÉTODO VLF-EM
5.1.1. Descrição
5.1.2. Resultados obtidos
5.2. EMPREGO DO MÉTODO VLF-R
5.2.1. Descrição
5.2.2. Resultados
5.3. APLICAÇÃO DAS SONDAGENS ELÉCTRICAS VERTICAIS
5.3.1. Relatório da campanha
5.3.2. Resultados
1
3
4
4
5
6
7
7
8
9
11
12
15
15
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21
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27
27
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28
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29
29
29
29
33
35
35
35
37
43
43
43
47
47
48
i
5.4. ABORDAGEM GEOESTATÍSTICA DOS RESULTADOS OBTIDOS NA PROSPECÇÃO VLF-EM
5.4.1. Objectivos e metodologia
5.4.1.1. Abordagem utilizada
5.4.2. Variografia
5.4.2.1. Construção do variograma
5.4.3. Krigagem
5.4.3.1. Estimação da proporção e morfologia das fracturas
6. CARACTERIZAÇÃO DA FRACTURAÇÃO
6.1. A FRACTURAÇÃO NA MINA DE CASTELEJO
6.1.1. Mapa de lineamentos
6.1.2. Outros estudos de fracturação
6.2. A INFLUÊNCIA DA TECTÓNICA RECENTE NA CIRCULAÇÃO FISSURAL NA MINA DE CASTELEJO
7. GEOMATEMÁTICA
7.1. INTRODUÇÃO
7.2. ÂMBITO DO ESTUDO
7.3. COMPLETAMENTO DOS DADOS
7.3.1. Método gráfico de probabilidade
7.3.2. Regressão linear múltipla
7.4. FUNDAMENTOS DA ANÁLISE EM COMPONENTES PRINCIPAIS
7.5. RESULTADOS OBTIDOS
7.6. SÍNTESE
8. ESCOAMENTO E TRANSPORTE
8.1. INTRODUÇÃO
8.2. ENSAIO DE TRAÇAGEM
8.3. SLUG-TEST
8.4. TEMPERATURA
8.5. PIEZOMETRIA
8.5.1. Atenuação de dados – o método LOWESS
8.5.2. Atenuação das séries piezométricas
8.6. MODELAÇÃO
8.6.1. Modelo conceptual do local
8.6.2. Modelo de escoamento e transporte
8.6.2.1. Modelo de escoamento
8.6.2.2. Modelo de transporte
9. COMPORTAMENTO QUÍMICO DO URÂNIO
9.1. CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DOS METAIS
9.1.1. Radioactividade
9.2. GEOQUÍMICA DO URÂNIO
9.2.1. Estados de oxidação
9.2.2. Sorpção
9.2.2.1. Coeficientes de distribuição, Kd, para o U (VI)
9.3. ASPECTOS GERAIS DA INDÚSTRIA DE MINERAÇÃO DO URÂNIO
9.3.1. Mineração e extracção do urânio
9.3.2. Enriquecimento de urânio
9.3.3. Tratamento da água de mina
9.4. TOXICOLOGIA DO URÂNIO
9.4.1. Efeitos na saúde
10. CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOQUÍMICA
10.1. EVOLUÇÃO GEOQUÍMICA DAS ÁGUAS
10.2. CARACTERIZAÇÃO DAS ÁGUAS – DADOS DE CAMPO
10.2.1. pH
10.2.2. Temperatura
10.2.3. Potencial Redox (Eh)
10.2.4. Condutividade
10.3. CARACTERIZAÇÃO DAS ÁGUAS – DADOS DE LABORATÓRIO
10.3.1. Diagramas de Piper
53
53
53
56
57
59
62
67
69
69
74
76
79
79
79
81
81
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88
94
97
97
98
105
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108
108
110
116
116
120
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125
127
127
130
136
136
140
141
142
145
145
146
147
149
154
154
155
156
158
160
162
164
164
ii
10.3.2. Diagramas de Stiff
10.4. ESPECIAÇÃO DO URÂNIO
10.4.1. Resultados obtidos
169
174
175
11. CONCLUSÕES
182
12. BIBLIOGRAFIA
186
APÊNDICE I – CARACTERÍSTICAS DOS FUROS
191
APÊNDICE II – FOTOS DA MINA DE CASTELEJO
200
iii
ÍNDICE DE FIGURAS
Capítulo 1
Figura 1-1 – Evolução anual do custo do U3O8 (US $ / Libra de peso)
Figura 2-1
Figura 2-2
Figura 2-3
Figura 2-4
Figura 2-5
Figura 2-6
Figura 2-7
Figura 2-8
Figura 2-9
–
–
–
–
–
–
–
–
–
2
Capítulo 2
Clima de Portugal Continental (segundo Köppen)
Temperatura média do ar – valores médios anuais (período de 1961-1990)
Precipitação média – valores médios anuais (período de 1961-1990)
Insolação média anual (período de 1961-1990)
Carta de solos de Portugal Continental
Evapotranspiração real em Portugal Continental – valores médios anuais
Extracto da carta geológica onde se localiza a mina de Castelejo
Zonas paleogeográficas e tectónicas do Maciço Hespérico
Mina de Castelejo
4
5
6
7
8
9
10
11
13
Capítulo 3
Figura 3-1 – Região uranífera das Beiras
16
Figura 4-1 –
Figura 4-2 –
Figura 4-3 –
Figura 4-4 –
Figura 4-5 –
Figura 4-6 –
Figura 4-7 –
Figura 4-8 –
Figura 4-9 –
Figura 4-10 –
Figura 4-11 –
Figura 4-12 –
Figura 4-13 –
Figura 4-14 –
Capítulo 4
Princípio do método VLF-EM
Transmissores VLF mais importantes
Fundamentos do método VLF
Resposta do método VLF-R (RMT) em diferentes estruturas
Anomalia do componente magnético sobre um condutor vertical
Anomalia do componente magnético nos limites de um condutor
Descrição do método electromagnético VLF multifrequência 12-240 KHz
Elemento cilíndrico atravessado por uma corrente eléctrica
Fluxo de corrente com origem num eléctrodo superficial
Fluxo de corrente com origem em dois eléctrodos superficiais
Configuração de eléctrodos utilizada no dispositivo de Schlumberger
Dispositivo de Schlumberger
Linhas equipotenciais e de corrente num solo homogéneo
Gráfico bi-logarítmico de resistividade aparente vs. distância
20
21
22
22
25
25
26
30
31
31
32
33
33
34
Figura 5-1 –
Figura 5-2 –
Figura 5-3 –
Figura 5-4 –
Figura 5-5 –
Figura 5-6 –
Figura 5-7 –
Figura 5-8 –
Figura 5-9 –
Figura 5-10 –
Figura 5-11 –
Figura 5-12 –
Figura 5-13 –
Figura 5-14 –
Figura 5-15 –
Figura 5-16 –
Figura 5-17 –
Figura 5-18 –
Figura 5-19 –
Figura 5-20 –
Figura 5-21 –
Figura 5-22 –
Figura 5-23 –
Capítulo 5
Método VLF-EM: instalação em viatura automóvel
Planta fotográfica do local onde foi efectuada prospecção VLF-EM
Trajectos percorridos na prospecção, indicando-se o início e fim de cada perfil
Interpretação dos resultados obtidos através dos perfis efectuados
Carta sumária de fracturação da zona em estudo
Extracto da carta geológica, com implantação dos perfis efectuados
Estruturas geológicas principais detectadas
Logs de resistividade sectoriais
Perfil 6, realizado ao longo do vale de falha principal
Localização e orientação das SEV’s
Modelo ajustado à SEV 1
Dados de campo da SEV 2
Modelo ajustado à SEV 2
Dados de campo da SEV 3
Modelo obtido da inversão da SEV 3
Dados de campo da SEV 4
Modelo obtido da inversão dos dados transformados da SEV 4
Modelo obtido da inversão da SEV 5
Campo de trabalho e amostragem utilizada
Locais em que foram detectadas falhas/fracturas
Variograma experimental omnidireccional e modelo teórico ajustado
Aspecto da morfologia apresentada pelo campo após a estimação
Carta de fracturação extraída da Figura 5-5
36
37
38
39
42
43
44
45
46
47
48
49
49
50
50
51
51
52
54
55
59
64
65
iv
Figura 6-1
Figura 6-2
Figura 6-3
Figura 6-4
Figura 6-5
Figura 6-6
Figura 6-7
Figura 6-8
Figura 6-9
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Capítulo 6
Carta neotectónica de Portugal Continental
Mapa de lineamentos dos arredores da mina de Castelejo
Mapa de zonas húmidas dos arredores da mina de Castelejo
Mapa de lineamentos e zonas húmidas dos arredores da mina de Castelejo
Diagramas de rosa relativos ao mapa de lineamentos representado nas Figuras 6-2 e 6-4
Carta sumária de fracturação das imediações da mina de Castelejo
Falha de desligamento, segundo Anderson
Orientação da tensão e tipos de fracturas originadas por tectónica de desligamento
Diagrama de rosa, relativo ao comprimento total dos lineamentos
68
69
70
71
73
74
76
77
78
Capítulo 7
Figura 7-1 – Planta fotográfica da área em apreço
Figura 7-2 – Análise em Componentes Principais – anos de 1991 a 2001
Figura 7-3 – Análise em Componentes Principais – anos de 2002 a 2005
Figura 8-1 –
Figura 8-2 –
Figura 8-3 –
Figura 8-4 –
Figura 8-5 –
Figura 8-6 –
Figura 8-7 –
Figura 8-8 –
Figura 8-9 –
Figura 8-10 –
Figura 8-11 –
Figura 8-12 –
Figura 8-13 –
Figura 8-14 –
Figura 8-15 –
Figura 8-16 –
Figura 8-17 –
Figura 8-18 –
Figura 8-19 –
Figura 8-20 –
Figura 8-21 –
Figura 8-22 –
Figura 8-23 –
Figura 8-24 –
Figura 8-25 –
Figura 8-26 –
Figura 8-27 –
Figura 8-28 –
Figura 8-29 –
Figura 8-30 –
Figura 8-31 –
Figura 8-32 –
Figura 8-33 –
Figura 8-34 –
Figura 8-35 –
Figura 8-36 –
Figura 8-37 –
Figura 8-38 –
Figura 8-39 –
Figura 8-40 –
Figura 8-41 –
Capítulo 8
Localização dos furos/piezómetros existentes na mina de Castelejo
Camião-cisterna dos Bombeiros de Gouveia junto ao local de traçagem
Injecção de uranina no furo
Injecção de solução no furo, notando-se o seu sobre-enchimento
Injecção de água no furo, com vista a uma melhor dispersão do traçador
Disposição geral, distâncias e potenciais dos furos utilizados no método de triangulação
Cálculo da direcção do escoamento e do gradiente hidráulico
Carro-tanque dos Bombeiros de Gouveia utilizado na limpeza do furo de traçagem
Injecção de água, com vista à limpeza do furo de traçagem
Injecção de água no furo
Injecção de água no furo (outra perspectiva)
Registo nível da água vs. tempo no furo de injecção (F1) no decurso do ensaio de traçagem
Adaptação do método de Hvorslev à disposição geométrica do piezómetro
Projecção do rebaixamento em função do tempo com aplicação ao método de Hvorslev
Evolução do nível da água ao longo do tempo – Furo/Piezómetro F1
Evolução do nível da água ao longo do tempo – Furo/Piezómetro F2
Evolução do nível da água ao longo do tempo – Furo/Piezómetro F3
Evolução do nível da água ao longo do tempo – Furo/Piezómetro F5
Evolução do nível da água ao longo do tempo – Furo/Piezómetro F6
Evolução do nível da água ao longo do tempo – Furo/Piezómetro F10
Evolução do nível da água ao longo do tempo – Furo/Piezómetro PP1
Evolução do nível da água ao longo do tempo – Furo/Piezómetro PP1A
Evolução do nível da água ao longo do tempo – Furo/Piezómetro PP2
Evolução do nível da água ao longo do tempo – Furo/Piezómetro PP2A
Evolução do nível da água ao longo do tempo – Poço P1
Evolução do nível da água ao longo do tempo – Poço P2
Evolução do nível da água ao longo do tempo – Poço P3
Evolução do nível da água ao longo do tempo – Poço P4
Evolução do nível da água ao longo do tempo – Poço P5
Furos efectuados no decurso dos trabalhos de caracterização prévia da mina de Castelejo
Processo de alteração e decomposição de um maciço granítico
Mapa de localização dos furos e traçado de iso-altitudes das cotas de boca
Mapa de localização dos furos e direcção do corte geológico interpretativo
Corte geológico interpretativo segundo a direcção A’- A
Discretização da área estudada
Condições de fronteira utilizadas no modelo
Recta de calibração do modelo matemático
Escoamento subterrâneo na área modelada
Escoamento subterrâneo e trajectória das partículas na área modelada
Corte longitudinal (direcção N-S) ilustrando a trajectória das partículas na área modelada
Corte transversal (direcção E-W) ilustrando a trajectória das partículas na área modelada
80
90
91
97
98
99
99
100
100
101
103
103
104
104
105
106
106
110
110
111
111
111
112
112
112
113
113
113
114
114
114
115
116
117
118
119
120
121
122
124
124
125
126
126
v
Figura 9-1
Figura 9-2
Figura 9-3
Figura 9-4
Figura 9-5
Figura 9-6
Figura 9-7
Figura 9-8
–
–
–
–
–
–
–
–
Capítulo 9
Tabela periódica dos elementos
Cadeia de decaimento do 238U, com indicação dos períodos de semi-vida (simplificada)
Cadeia de decaimento do 235U, com indicação dos períodos de semi-vida (simplificada)
Cadeia de decaimento do 232Th, com indicação dos períodos de semi-vida (simplificada)
Diagrama de Eh-pH exibindo as espécies aquosas predominantes de urânio
Diagrama de Eh-pH exibindo a região (de cor creme) de sobressaturação da uraninite (UO2)
Vias ambientais possíveis para que o urânio produza efeitos potenciais na saúde humana
Representação conceptual de um modelo Farmacocinético Fisiologicamente Baseado
Figura 10-1 –
Figura 10-2 –
Figura 10-3 –
Figura 10-4 –
Figura 10-5 –
Figura 10-6 –
Figura 10-7 –
Figura 10-8 –
Figura 10-9 –
Figura 10-10 –
Figura 10-11 –
Figura 10-12 –
Figura 10-13 –
Figura 10-14 –
Figura 10-15 –
Figura 10-16 –
Figura 10-17 –
Figura 10-18 –
Figura 10-19 –
Figura 10-20 –
Figura 10-21 –
Figura 10-22 –
Figura 10-23 –
Figura 10-24 –
Figura 10-25 –
Figura 10-26 –
Figura 10-27 –
Figura 10-28 –
Capítulo 10
Evolução do pH no furo F2 durante as amostragens efectuadas
Evolução do pH no furo F10 durante as amostragens efectuadas
Evolução do pH no furo PP1 durante as amostragens efectuadas
Evolução do pH no furo PP1A durante as amostragens efectuadas
Evolução da Temperatura no furo F2 durante as amostragens efectuadas
Evolução da Temperatura no furo F10 durante as amostragens efectuadas
Evolução da Temperatura no furo PP1 durante as amostragens efectuadas
Evolução da Temperatura no furo PP1A durante as amostragens efectuadas
Evolução do Eh no furo F2 durante as amostragens efectuadas
Evolução do Eh no furo F10 durante as amostragens efectuadas
Evolução do Eh no furo PP1 durante as amostragens efectuadas
Evolução do Eh no furo PP1A durante as amostragens efectuadas
Evolução da Condutividade no furo F2 durante as amostragens efectuadas
Evolução da Condutividade no furo F10 durante as amostragens efectuadas
Evolução da Condutividade no furo PP1 durante as amostragens efectuadas
Evolução da Condutividade no furo PP1A durante as amostragens efectuadas
Diagrama de Piper
Diagrama de Piper relativo às amostras colhidas no Furo 1
Diagrama de Piper relativo às amostras colhidas no Furo 2
Diagrama de Piper relativo às amostras colhidas no Furo 10
Diagrama de Piper relativo às amostras colhidas no Furo PP1
Diagrama de Piper relativo às amostras colhidas no Furo PP1A
Diagrama de Stiff
Planta aérea da área mineira e localização dos furos de monitorização
Diagramas de Stiff relativos às amostras colhidas na campanha de monitorização de Mar 2008
Diagramas de Stiff relativos às amostras colhidas na campanha de monitorização de Set 2008
Diagramas de Stiff relativos às amostras colhidas na campanha de monitorização de Mar 2009
Diagramas de Stiff relativos às amostras colhidas na campanha de monitorização de Set 2009
Apêndice II
Figura AII-1 – Céu Aberto I (CAI)
Figura AII-2 – CAI – Nova perspectiva, notando-se o crescimento de vegetação
Figura AII-3 – Céu Aberto II (CAII) – Perspectiva do local de desmonte do filão
Figura AII-4 – CAII – Outra perspectiva do local de desmonte do filão
Figura AII-5 – CAII – Perspectiva do fundo parcialmente seco (zona correspondente à área vermelha)
Figura AII-6 – CAII – A área vermelha corresponde à deposição sedimentar de metais oxidados
Figura AII-7 – CAII - Nova perspectiva do fundo, vendo-se também o guincho de elevação
Figura AII-8 – CAII - Outra perspectiva do fundo do Céu Aberto
Figura AII-9 – CAII – Ampliação da foto anterior
Figura AII-10 – CAII – Ampliação da foto anterior, destacando-se o guincho de elevação e as tubagens
Figura AII-11 – Dispositivo utilizado apenas na fase de laboração da mina
Figura AII-12 – Estação de neutralização do efluente extraído do CAII
Figura AII-13 – Outra perspectiva da estação de neutralização
Figura AII-14 – Instalações da estação de neutralização
Figura AII-15 – Estação de neutralização: local de introdução da cal
Figura AII-16 – Estação de neutralização: circuito de passagem da solução de cal
Figura AII-17 – Estação de neutralização: tanque de adição de cal (pH ≈ 8-9)
Figura AII-18 – Estação de neutralização: tanque de adição de cloreto de bário
128
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vi
Figura AII-19 – Estação de neutralização: novo tanque de adição de cal
Figura AII-20 – Estação de neutralização: canal de saída do efluente em direcção às lagoas de tratamento
Figura AII-21 – Lagoas de tratamento do efluente proveniente da estação de neutralização
Figura AII-22 – Outra perspectiva das duas lagoas de tratamento do efluente
210
210
211
211
vii
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 5-1
Tabela 5-2
Tabela 5-3
Tabela 5-4
Tabela 5-5
Tabela 5-6
Tabela 5-7
Tabela 5-8
–
–
–
–
–
–
–
–
Capítulo 5
Valores obtidos a partir da interpretação da SEV 1
Valores obtidos a partir da interpretação da SEV 2
Valores obtidos a partir da interpretação da SEV 3
Valores obtidos a partir da interpretação da SEV 4
Valores obtidos a partir da interpretação da SEV 5
Estatísticos básicos do ficheiro de partida
Resultados da variografia
Estatísticos básicos dos valores estimados
48
49
50
51
52
55
58
63
Capítulo 6
Tabela 6-1 – Valores estatísticos relativos aos lineamentos constantes dos mapas acima apresentados
Tabela 7-1
Tabela 7-2
Tabela 7-3
Tabela 7-4
Tabela 7-5
Tabela 7-6
Tabela 7-7
–
–
–
–
–
–
–
72
Capítulo 7
Matriz inicial completa para ACP – 1991-2001
Matriz inicial completa para ACP – 2002-2005
Resultados da ACP – Coordenadas das variáveis nos 4 primeiros eixos - 1991-2001
Resultados da ACP – Coordenadas dos indivíduos nos 4 primeiros eixos - 1991-2001
Resultados da ACP – Coordenadas das variáveis nos 4 primeiros eixos - 2002-2005
Resultados da ACP – Coordenadas dos indivíduos nos 4 primeiros eixos - 2002-2005
Resultados da Análise em Componentes Principais–ligação das variáveis e indivíduos aos eixos
Capítulo 8
Tabela 8-1 – Características dos furos utilizados no ensaio de traçagem
Tabela 8-2 – Estatísticos básicos referentes às temperaturas registadas nos fluorímetros
Tabela 8-3 – Parâmetros utilizados na modelação
Tabela 9-1
Tabela 9-2
Tabela 9-3
Tabela 9-4
Tabela 10-1
Tabela 10-2
Tabela 10-3
Tabela 10-4
Tabela 10-5
Tabela 10-6
–
–
–
–
Tabela AI-1 –
Tabela AI-2 –
Tabela AI-3 –
Tabela AI-4 –
Tabela AI-5 –
Tabela AI-6 –
Tabela AI-7 –
Tabela AI-8 –
Tabela AI-9 –
Tabela AI-10 –
Tabela AI-11 –
Tabela AI-12 –
Tabela AI-13 –
Tabela AI-14 –
Tabela AI-15 –
102
108
123
Capítulo 9
Perturbações dos ciclos geoquímicos dos metais pela sociedade
Unidades de medida de radioactividade, dose de radiação e respectiva conversão
Média geométrica dos valores de Kd para solos do tipo areia, argila, lodo e orgânico
Efeitos críticos e limites de exposição ocupacional para urânio, tório e produtos de decaimento
Capítulo10
– Tabela-resumo das fácies hidroquímicas presentes em cada ponto ao longo das campanhas
– Síntese dos pontos em que foi possível efectuar especiação
– Resultados da especiação: índices de saturação da 2ª campanha de monitorização
– Resultados da especiação: índices de saturação da 3ª campanha de monitorização
– Resultados da especiação: índices de saturação da 4ª campanha de monitorização
– Amostragem e espécies de urânio que ocorrem em maior concentração (molal)
Apêndice I
Características do Furo 1 (F1) e resultados de cada amostragem
Características do Furo 2 (F2) e resultados de cada amostragem
Características do Furo 10 (F10) e resultados de cada amostragem
Características do Furo PP1 (PP1) e resultados de cada amostragem
Características do Furo PP1A (PP1A) e resultados de cada amostragem
Furo F1-S (Furo F1-colheita superficial): resultados das análises
Furo F1-P (Furo F1-colheita em profundidade): resultados das análises
Furo F2-S (Furo F2-colheita superficial): resultados das análises
Furo F2-P (Furo F2-colheita em profundidade): resultados das análises
Furo F10-S (Furo F10-colheita superficial): resultados das análises
Furo F10-P (Furo F10-colheita em profundidade): resultados das análises
Furo PP1-S (Furo PP1-colheita superficial): resultados das análises
Furo PP1-P (Furo PP1-colheita em profundidade): resultados das análises
Furo PP1A-S (Furo PP1A-colheita superficial): resultados das análises
Furo PP1A-P (Furo PP1A-colheita em profundidade): resultados das análises
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199
viii
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
1. Introdução
A partir do momento em que se inicia uma exploração mineira, as actividades desenvolvidas
são susceptíveis de degradar o meio ambiente envolvente provocando importantes
modificações ambientais, se não forem devidamente monitorizadas e controladas de acordo
com os dados provenientes da monitorização.
As principais alterações ao equilíbrio ambiental resultam, em geral, da escavação quer de uma
parte da superfície terrestre, quer da produção de depósitos de resíduos de natureza vária e/ou
estéreis minerais (escombreiras) quer ainda dos produtos químicos utilizados na
separação/purificação do minério explorado, ocorrendo, assim, os designados: impacte
hidrológico e hidrogeológico (nas águas superficiais e subterrâneas), impacte geoquímico
(solos e sedimentos) e impacte bioquímico (nos seres vivos).
As características e consequências destes impactes divergem conforme o momento em que
são produzidos, podendo ocasionar poluição pontual e/ou poluição difusa.
A poluição pontual ocorre quando a mina se encontra em actividade; nesta altura, se existe um
controlo (monitorização) o alastramento da poluição pode ser impedido.
A poluição difusa acontece, de um modo geral, após o abandono de uma mina. Por norma,
passado um tempo mais ou menos alargado sobre o encerramento desta, já não existe a
preocupação de proceder às monitorizações, habitualmente realizadas aquando da sua
actividade. A adopção desta postura menospreza os riscos posteriores ao encerramento da
mina sem que haja qualquer tipo de prevenção que os permita debelar, e, por isso, contribui
para a propagação da contaminação.
O passivo ambiental resultante da actividade mineira é expresso, em regra, pela ocorrência de
concentrações anómalas (muito elevadas) de metais pesados nos sedimentos, solos e aluviões,
bem como nas águas que se encontram na área de influência dessa actividade. A presença
desses elementos deve-se, fundamentalmente à lixiviação dos materiais que se encontram
dentro da mina e a processos de erosão e lixiviação dos materiais extraídos da mina (Younger
et al., eds, 2002). De facto, permanecendo estes a céu aberto, ficam vulneráveis à acção do
vento e da chuva, que actuam como veículos de disseminação preferenciais.
Em muitos casos desenvolve-se igualmente Drenagem Ácida de Mina (DAM) especialmente
quando tem lugar a exploração de minérios metálicos em que se verifique exposição de
sulfuretos a ambientes oxidantes, ou quando se proceda à lixiviação ácida de minério pobre
com vista à sua concentração e posterior recuperação (Lottermoser, 2003).
Quando a mina é abandonada definitivamente e não existem medidas para controlar a
evolução das características e dos processos de alteração no meio, as consequências nefastas
vão-se agravando à medida que os anos passam. Uma das mais notórias é a contaminação das
águas, quer superficiais, quer subterrâneas, que ocorre, normalmente, durante a fase de
funcionamento ou após o encerramento da mina.
O impacte hidrogeológico é um problema grave em quase todas as minas subterrâneas ou a
céu aberto. Para evitar ou reduzir esta contaminação podem adoptar-se uma série de medidas.
Assim, quando a mina é abandonada é imprescindível que se tenha um conhecimento, o mais
preciso possível, da hidrogeologia, da geologia, da composição mineralógica dos materiais,
do método de exploração e do tratamento do minério. Só assim é possível serem obtidos os
resultados adequados à prevenção, correcção e minimização da degradação ambiental
provocada pela exploração.
O método de desmonte utilizado numa exploração mineira influencia directamente as
condições hidrogeológicas presentes na região. Não raro, em concomitância com a
exploração, verificam-se problemas de subsidência mineira que ocorrem devido à utilização
de métodos de desmonte que não contemplam o preenchimento posterior das galerias.
Observam-se, assim, em síntese, os seguintes efeitos ambientais:
1
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Assentamentos diferenciais;
Fracturas no terreno;
Rebaixamento dos níveis freáticos;
Diminuição dos caudais dos aquíferos ou mesmo o seu esgotamento;
Contaminação das águas.
Pode dizer-se que Portugal passou ao longo da sua história por várias épocas de importante
exploração mineira, sendo mesmo um dos países em que mais bem impressa ficou a
exploração mineira levada a cabo pelos Romanos.
De Norte a Sul do País foram registadas, entre outras que cremos não terem sido
inventariadas, 55 explorações mineiras romanas, na maioria de ouro, das quais várias se
mantiveram em actividade até um passado muito recente (Nunes, 1983).
Existem em Portugal aproximadamente 175 áreas mineiras abandonadas, das quais algumas
dezenas se encontram actualmente em fase de requalificação ambiental.
Da totalidade de áreas mineiras abandonadas, cerca de 60 são antigas explorações de Urânio.
Data de 1907 a descoberta do jazigo urano-radífero da Urgeiriça. Daí até 1944 apenas se
procedeu à exploração de rádio no país, tendo apenas a partir dessa data tido início a
exploração e produção de urânio, a qual viria a encerrar-se em 2001, com a conclusão das
operações de processamento de minério, que tinham lugar na Urgeiriça.
As explorações de U foram sendo abandonadas à medida do decrescimento do seu interesse
estratégico e económico, tendo a última exploração mineira deste metal radioactivo sido
encerrada no início dos anos 90 do século XX.
A tendência económica actual é, no entanto, de apreciação do valor económico do U,
disposição para a qual concorrem factores tais como o aumento do preço do petróleo ou o
empenho de alguns países na aquisição ou construção de diversos equipamentos de base
nuclear (Figura 1-1).
Evolução do preço de concentrados de U ("yellowcake" ou U3O8)
100
90
80
US $ / lb
70
60
50
40
30
20
10
Fonte: TradeTech, http://www.uranium.info
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
0
Anos
Figura 1-1 – Evolução anual do custo do U3O8 (US $/libra de peso).
Na passada década de 1990, encarou-se a possibilidade de exploração das minas de Nisa. No
entanto, a viabilidade da exploração dependia do preço do urânio, que teria de se situar acima
dos 20 US $/lb (US Dólares/libra de peso, 1 libra de peso
454 grama) mas então oscilava
2
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
entre os 18 US $/lb e os 19 US $/lb. Nos últimos anos, contudo, o preço disparou e as
previsões actuais apontam mesmo no sentido de poder duplicar ou subir ainda mais.
1.1. Trabalho de base e objectivos propostos
O presente trabalho desenvolve-se na mina do Castelejo, uma antiga exploração de urânio
hoje desactivada, situada no planalto beirão, próximo de Gouveia, na base da Serra da Estrela.
A área é actualmente objecto de recuperação ambiental por parte da Empresa de
Desenvolvimento Mineiro (EDM), empresa encarregue de gerir os passivos ambientais
decorrentes da exploração mineira em Portugal.
A exploração decorreu entre 1979 e 1990 em duas cortas a céu aberto, tendo sido extraídas
cerca de 1.000.000 toneladas de rocha, que produziram cerca de 132 toneladas de minério
(U3O8).
Mais tarde, em 1992, uma das cortas foi utilizada para lixiviação ácida de minério pobre,
proveniente tanto desta mina, como de outras situadas nas proximidades, o que permitiu
produzir ainda cerca de 22,5 toneladas de U3O8.
Seguidamente apresenta-se uma descrição sucinta do trabalho efectuado. Assim, procedeu-se
inicialmente ao enquadramento da área estudada em Sistema de Informação Geográfica com
cartografia em formato digital.
Seguiu-se a construção de um mosaico de fotografia aérea orto-rectificada e geo-referenciada
cobrindo a área em apreço.
Os dados das análises de águas, resultantes da monitorização química a furos e poços
efectuada pela Empresa Nacional de Urânio (ENU) no perímetro da área mineira, foram
tratados através de análise multivariada, tendo resultado na caracterização hidrogeológica da
área mineira (Oliveira et al., 2003). Desta forma, o tratamento dos dados relativos às análises
químicas das águas permitiu discriminá-las, com vista à compreensão das relações existentes
nas suas composições.
Foram efectuadas duas campanhas de prospecção geofísica, com vista à caracterização da
fracturação, no sentido de proceder à determinação de vias de escoamento preferencial da
água. Os resultados obtidos foram cruzados e complementados com análise de lineamentos e
informação retirada da bibliografia.
Os objectivos prosseguidos com a realização do trabalho visam a caracterização
hidrogeológica da envolvente da área mineira, que será efectuada através do estabelecimento
de um modelo de escoamento e transporte, com base na informação recolhida.
O trabalho tem ainda em vista avaliar a possível contaminação da água subterrânea
relacionada com as actividades mineiras, bem como a sua eventual dispersão.
3
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
2. Caracterização da área mineira de Castelejo
A antiga exploração de urânio de Castelejo, situa-se a cerca de 2 km a W da povoação de Vila
Cortês da Serra, no concelho de Gouveia, distrito da Guarda. A mina de Castelejo situa-se na
zona do Planalto Beirão, a uma altitude média próxima de 450 m. Integra-se na bacia
hidrográfica do Rio Mondego, através do Ribeiro do Paço, para onde se dirige o escoamento
natural.
A região estudada é abrangida pela Folha 202 (Linhares - Celorico da Beira) da Carta Militar
de Portugal - Série M888, na escala 1/25000 e pela Folha 17-D (Gouveia) da Carta Geológica
de Portugal, na escala de 1/50000 (Teixeira et al, 1967).
2.1. Climatologia
O clima de Portugal Continental depende da sua situação geográfica, designadamente da
latitude e posição relativamente ao Oceano Atlântico, bem como do relevo.
A classificação climática principal de Köppen, divide o clima do globo terrestre em 5 grandes
regiões climáticas, de clima polar, clima temperado com Inverno rigoroso, clima temperado
com Inverno suave, clima seco e clima tropical húmido.
Exceptuando o clima seco, calculado com base na precipitação e evapotranspiração da região,
a classificação assenta essencialmente nas temperaturas médias de cada região, socorrendo-se
igualmente da precipitação, com vista à definição de sub-regiões.
De acordo com a classificação de Köppen, o clima de Portugal Continental enquadra-se no
clima temperado com Inverno suave, subdividindo-se o território em duas zonas: uma zona de
clima temperado com Inverno chuvoso e Verão seco e quente (Csa) e uma zona de clima
temperado com Inverno chuvoso e Verão seco e pouco quente (Csb) – veja-se Figura 2-1.
Legenda
Csa - clima temperado com
Inverno chuvoso e Verão
seco e quente;
Csb - clima temperado com
Inverno chuvoso e Verão
seco e pouco quente;
Figura 2-1 – Clima de Portugal Continental, segundo Köppen
(fonte: Instituto Meteorologia, http://www.meteo.pt/pt/areaeducativa/otempo.eoclima/clima.pt/index.html)
4
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
É nesta última subzona, de clima temperado com Inverno chuvoso e Verão seco e pouco
quente (Csb) – Figura 2-1, que se localiza a mina de Castelejo.
Com vista à caracterização climática da região em estudo recorremos aos dados do perfil
climático de Portugal Continental, disponibilizados pelo Instituto de Meteorologia, baseados
em elementos referentes aos anos de 1961-1990.
2.1.1. Temperatura
De acordo com a Figura 2-2, que representa os valores médios anuais da temperatura do ar, os
Figura 2-2 – Temperatura média do ar - valores médios anuais (período de 1961-1990)
(fonte: Instituto Meteorologia, http://www.meteo.pt/pt/areaeducativa/otempo.eoclima/clima.pt/index.html)
maiores valores verificam-se a Sul, sendo superiores a 17 º C, enquanto que os menores
valores ocorrem a Norte, com temperaturas médias inferiores a 8 º C.
Na zona estudada, a temperatura média anual do ar no local em estudo situa-se no intervalo
entre 13.1 º C e 14.0 º C.
5
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
2.1.2. Precipitação
Quanto aos valores médios anuais da precipitação no território do Continente, os mesmos
situam-se próximo dos 900 mm (ver Figura 2-3).
Figura 2-3 – Precipitação média - valores médios anuais (período de 1961-1990)
(fonte: Instituto Meteorologia, http://www.meteo.pt/pt/areaeducativa/otempo.eoclima/clima.pt/index.html)
De facto, a distribuição dos valores de precipitação média aponta para a ocorrência dos
maiores valores a Norte do território ( ≈ 3000 mm) enquanto que os menores valores ocorrem
a Sul ( ≈ 400 mm).
Na zona estudada, a precipitação média anual situa-se entre os 1001 mm e os 1200 mm.
De notar que apenas possuímos valores relativos aos últimos 19 anos, relativamente à estação
a utilizar nos cálculos a efectuar aquando da modelação matemática (estação 10M/03UG –
Mesquitela, constante do SNIRH – Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos)
cujo valor médio será de 674.1 mm.
6
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
2.1.3. Insolação
A Figura 2-4 ilustra a insolação anual no território do Continente.
Figura 2-4 – Insolação média anual (período de 1961-1990)
(fonte: Instituto Meteorologia, http://www.meteo.pt/pt/areaeducativa/otempo.eoclima/clima.pt/index.html)
A distribuição dos valores de insolação média indicam que esta aumenta de Noroeste para
Sudeste, sendo que a Noroeste se verificam valores inferiores a 2400 horas anuais e a Sudeste
se registam valores superiores a 2900 horas anuais.
Na zona estudada, a insolação média situa-se entre as 2401 horas anuais e as 2500 horas
anuais.
2.1.4. Solo
Em Portugal existem diversos tipos de solos. Na generalidade, são solos incipientes e jovens,
próximos da rocha-mãe, sendo pouco influenciados pelos processos de formação do solo.
Na Figura 2-5 representa-se a carta de solos de Portugal continental, segundo a classificação
da Food and Agriculture Organization of the United Nations para a Carta dos Solos da Europa
(http://www.fao.org/nr/land/soils/key-to-the-fao-soil-units-1974/it/).
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Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Fluvissolos
Regossolos
Litossolos
Rankers
Vertissolos
Solonchaks
Cambissolos
Figura 6.5 – Carta dos solos
(adaptado de Atlas do Ambiente).
Luvissolos
Podzóis
Planossolos
Figura 2-5 – Carta de solos de Portugal continental
(adaptado de CNA, 1978).
Para o presente trabalho, os solos que nos interessam integram-se no grande grupo de solos
cuja legenda se encontra realçada a negro, isto é, os Cambissolos.
Do conjunto dos Cambissolos fazem parte solos muito distintos, derivados de rochas-mãe
igualmente distintas, calcárias e não calcárias.
Assumem particular interesse neste estudo os cambissolos derivados de rocha-mãe granítica,
pouco evoluídos e de textura grosseira, sob os quais se localizam os aquíferos analisados.
2.1.5. Evapotranspiração
Apresentam-se na Figura 2-6 os valores da evapotranspiração real calculados para Portugal
Continental.
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Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Os valores aplicáveis à zona estudada situam-se no intervalo compreendido entre os 600 mm
e os 700 mm, como se salienta na figura 2-6.
< 400 mm
600 mm a 700 mm
> 800 mm
Figura 2-6 – Evapotranspiração real em Portugal Continental -Valores médios anuais
(adaptado de CNA, 1978).
2.2. Geologia
Na Figura 2-7 reproduz-se a região estudada, a qual, como acima foi referido, é abrangida
pela Carta Geológica de Portugal, folha 17-D (Gouveia) na escala de 1/50000 (Teixeira et. al,
1967) editada pelos Serviços Geológicos de Portugal.
Geologicamente, as litologias aflorantes na zona estudada, assinalada na figura, são (Teixeira
et. al, 1967):
9
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Legenda:
Granito porfiróide, de grão
médio;
Granito de grão médio a fino,
não porfiróide;
Filões de quartzo;
Filões de rochas básicas;
Escala: 1/50.000
Figura 2-7 – Extracto da carta geológica onde se localiza a Mina de Castelejo
( © SGP – Serviços Geológicos de Portugal, Teixeira et al., 1967).
- Rochas Eruptivas
γπg – Granito porfiróide, de grão grosseiro ou grosseiro a médio
Embora se trate de granito porfiróide, no seio deste é possível encontrar granito de várias
texturas, correspondentes a diversas diferenciações por si apresentadas. No local de interesse,
encontramo-nos perante um granito pós-tectónico, predominantemente de grão médio,
tendência porfiróide, monzonítico, de duas micas com predominância da biotite sobre a
moscovite.
A rocha encontra-se frequentemente alterada, por hematitização dos feldspatos.
- Rochas Filonianas
q – Filões de quartzo
Por toda a região, encontram-se filões de quartzo, mais ou menos desenvolvidos, orientados
segundo as direcções NE-SW ou NNE-SSW. Tais filões são constituídos por quartzo leitoso,
alternando quartzo branco e quartzo defumado. Por vezes são de jaspe e apresentam estrutura
brechóide. No local de interesse, o filão de quartzo explorado no Céu Aberto I (figura 2-9)
apresenta espessura próxima de 1 m, direcção N25-55E, inclinação 45-75NW e é constituído
por quartzo brechificado e jasperizado. No Céu Aberto II, o filão apresenta espessura de cerca
de 5 m, direcção N40E, inclinação 50-70NW e é constituído por quartzo ferruginoso,
defumado e jasperizado.
δ – Filões de rochas básicas
São pouco espessos e descontínuos, apresentando-se geralmente muito alterados,
transformados em argilas. São rochas normalmente de grão fino, evidenciando com
frequência disjunção esferoidal. Apresentam orientação variável, embora no local de interesse
se desenvolva aproximadamente segundo NE-SW.
10
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
2.3. Tectónica
O território continental português é formado por um núcleo antigo e endurecido, normalmente
designado por Maciço Hespérico, que constitui cerca de 2/3 do território, e por terrenos de
cobertura.
O Maciço Hespérico (por vezes igualmente chamado de Meseta Ibérica, embora este último
termo tenha uma génese essencialmente geomorfológica) compreende terrenos antigos, anteMesozóicos, constituídos por rochas sedimentares, eruptivas e metamórficas.
Os terrenos de cobertura englobam rochas sedimentares e algumas rochas eruptivas, MesoCenozóicas, que formam as orlas Ocidental e Meridional do País, bem como depósitos
modernos, constituídos por aluviões e diferentes níveis de praia, de que resultam diversas
bacias de enchimento sedimentar (Teixeira, 1966, Ribeiro et al., 1979).
O Maciço Hespérico é atravessado pela Cordilheira Central, conjunto de elevações dispostas
segundo a direcção ENE-WSW, que o divide em duas metades: A Meseta Norte, de altitude
média de 800 m e a Meseta Sul, com altitude média próxima dos 400 m.
As formações que constituem o Maciço Hespérico, fundamentalmente xistos, grauvaques,
granitos e quartzitos, sofreram a acção das orogenias Caledónica, Hercínica e Alpina, sendo,
no entanto, a orogenia Hercínica aquela cujos efeitos melhor aqui se encontram
documentados.
A zonalidade paleogeográfica e tectónica do orógeno permite demarcá-lo em zonas internas e
externas, cuja descrição é a seguinte (Figura 2-8):
Figura 2-8 – Zonas paleogeográficas e tectónicas do Maciço Hespérico
(adaptado de Ribeiro et al., 1979).´
11
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
- Zonas Internas, de que fazem parte a Zona Oeste-Asturo Leonesa, a Zona Centro-Ibérica
(bem como o seu sector NE, a Sub-Zona Galaico Transmontana) e a Zona de Ossa-Morena,
caracterizadas por deformação intensa, magmatismo e metamorfismo sin-orogénicos,
encontrando-se o Precâmbrico e Paleozóico Inferior bem representados.
- Zonas Externas, de que fazem parte a Zona Cantábrica e a Zona Sul Portuguesa, onde o
Paleozóico Superior se encontra mais bem representado, a deformação é mais tardia e menos
intensa e onde o magmatismo e metamorfismo sinorogénicos são menos pronunciados.
Na Península Ibérica, a orogenia Hercínica teve início no Devónico Médio tendo prosseguido
até ao Carbónico terminal. Embora se tenha desenvolvido ao longo de diversos estádios,
podem individualizar-se duas fases principais:
- Uma 1ª fase, que se prolongou desde o Devónico Médio até ao Viseano e que afectou
sobretudo as zonas internas;
- Uma 2ª fase, datada do Vestefaliano;
As acções da orogenia originaram dobramentos de orientação geral NW-SE, bem como
magmatismo sinorogénico e metamorfismo regional.
Entre o Vestefaliano Superior e o Pérmico Superior, a cadeia Hercínica sofre movimentos de
levantamento, resultados da erosão e acções intrusivas pós-tectónicas, principalmente
constituídas por granitóides alcalinos e calco-alcalinos, em relação com as quais se
originaram consideráveis mineralizações de carácter filoniano.
As últimas fases da orogenia Hercínica induziram intensa fracturação no Maciço, originando
diversos movimentos de levantamento e afundamento.
Já no decurso do Cenozóico, o Maciço Hespérico voltaria de novo a sofrer fracturação, agora
predominantemente de direcção NE-SW, em consequência das acções da orogenia Alpina que
então se fizeram sentir.
Com a intrusão dos granitos Hercínicos encontra-se relacionada a formação tardia de filões
quartzosos, tendo alguns sido objecto de exploração.
Em fase sequente à intrusão granítica, verificou-se igualmente a instalação de filões básicos
em fracturas daquele.
Toda a região foi depois submetida às acções da orogenia Alpina, que a viriam a fracturar
intensamente.
Em fracturas com esta origem e direcção NE-SW ou NNE-SSW, viriam a instalar-se filões
quartzo-jaspóides, mais ou menos ferruginosos, os quais contêm muitas vezes mineralização
uranífera.
2.4. A área mineira de Castelejo
Com base no que atrás ficou dito, designadamente em termos geológicos e tectónicos, pode
caracterizar-se a mina de Castelejo como localizando-se num granito Hercínico pós-tectónico,
monzonítico, de duas micas, de grão médio e tendência porfiróide. As mineralizações ocorrem
associadas a filões de quartzo, e são normalmente constituídas por fosfatos hidratados de U –
uranocircite, autunite, torbernite e sabugalite -, minerais secundários provenientes da alteração
da uraninite e outros compostos de urânio.
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Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
a)
N
Escala
≈ 1/30.000
N
b)
â P2
â âPP1/PP1A
ââ P3 F10
P1
P4
PP2/PP2A
P5
â
F5
â
â F2
F1
â
Céu Aberto I
F3
F6
Céu Aberto II
a)
N
Escala
≈
1/30.000
Figura 2-9 – Mina de Castelejo
a) Enquadramento e vista geral ( © Google Maps ); b) Vista geral com localização dos pontos de água
utilizados na monitorização ( © IGP - Instituto Geográfico Português ).
Legenda: P – Poços, F – Furos/piezómetros, PP – Pares piezométricos.
Escala ≈ 1/30.000
13
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
A sua descoberta ocorreu em 1957, na sequência de trabalhos de prospecção e
reconhecimento levados a cabo pela Junta de Energia Nuclear. Curiosamente, a sua
exploração nunca chegou a ser concessionada.
Os trabalhos - que compreenderam prospecção eléctrica,
poços de reconhecimento e realização de sondagens mineralizadas, Castelejo I (actualmente correspondente
(actualmente correspondente a Céu Aberto II) afastadas
(Figura 2-9).
cintilométrica, abertura de sanjas,
permitiram distinguir duas zonas
a Céu Aberto I) e Castelejo II
aproximadamente 200 m entre si
Castelejo I é composto por um filão de quartzo brechificado encaixado no granito. No
contacto, o granito encontra-se muito alterado, triturado e sericitizado. O filão apresenta uma
espessura entre 0,20 m e 1,20 m, variando a sua direcção entre N25E e N55E e a sua
inclinação entre 45º NW e 75º NW (Ponte, 1992).
O filão é acompanhado a tecto por uma brecha de granito muito triturado, alterado e
ferruginoso, com óxidos de ferro e manganês.
Uma falha vertical, de direcção N80W, segmenta o filão em duas secções, rejeitando-o
aproximadamente 40 metros.
Castelejo II é constituído por uma brecha granítica com quartzo filoniano com impregnações
ferríferas. O jazigo, de direcção N40E, apresenta uma espessura máxima de 7 m,
prolongando-se por aproximadamente 50 metros.
Verifica-se maior esmagamento do granito no local em que o jazigo apresenta maior
envergadura, sendo nesta região que o mesmo é cruzado por uma rede de filonetes de quartzo
defumado e ferruginoso.
A mineralização, essencialmente constituída por fosfatos hidratados de urânio (uranocircite,
autunite, torbernite, etc.) segue as áreas de maior trituração, encontrando-se, aqui e ali,
impregnações de sulfuretos e óxidos de ferro e manganês.
A exploração a partir das cortas a céu aberto antes referidas (Castelejo I e Castelejo II)
decorreu entre 1979 e 1990, permitindo produzir cerca de 132 T de U3O8. A partir de 1992, a
produção passou a efectuar-se a partir da lixiviação ácida de minérios pobres, provenientes
tanto da própria mina do Castelejo, como de outras situadas nas imediações, utilizando-se
para o efeito a corta designada por Castelejo II. Este processo permitiu recuperar
aproximadamente 22,5 T de U3O8.
No Apêndice II apresentam-se diversas fotos, que ilustram algumas das características
presentes na mina de Castelejo.
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Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
3. A distribuição do U em Portugal
A maioria dos depósitos uraníferos conhecidos situa-se no centro do País, na região abrangida
pelos distritos de Viseu, Guarda, Coimbra e Portalegre, ainda que seja nos dois primeiros
distritos que se concentra o maior número de explorações mineiras.
Os jazigos de urânio relacionam-se com o magmatismo Hercínico pós-tectónico,
normalmente materializado por intrusões de granitos monzoníticos, de grão médio a grosseiro
e tendência porfiróide, de duas micas. Dispõem-se habitualmente de acordo com a direcção
NE-SW. A maior parte dos jazigos relacionam-se com filões de quartzo instalados em
fracturas em granitos, que variam entre:
- NNE-SSW a NE-SW, e se situam a N e NW da Serra da Estrela;
- NNE-SSW e ENE-WSW, e se situam a NE e SE da Serra da Estrela;
- NNW-SSE e NNE-SSW, e se situam no Alentejo, próximo de Nisa;
Registam-se diversas opiniões quanto à génese dos jazigos de urânio. Assim, segundo Neiva
(1944) a mineralização primária terá carácter hidrotermal. Já Cerveira (1951) estabelece
ligação entre esta e a intrusão de filões básicos.
Thadeu (1965) e Pilar (1969) consideram que os jazigos primários terão carácter hidrotermal,
considerando os secundários de impregnação como provenientes da lixiviação dos primeiros e
posterior depósito em estruturas favoráveis. Faria (1966), Dias et al. (1970) e Cameron
(1960) expressam opiniões semelhantes, ainda que com ligeiras variantes.
Segundo Neiva (1995), os jazigos filonianos, assim como os “stockworks”, deverão
relacionar-se com hidrotermalismo associado às intrusões graníticas Hercínicas.
Os movimentos Alpinos vieram favorecer a circulação de águas em profundidade, as quais
aqueceram e funcionaram como solubilizantes de minerais, tanto dos filões como do
encaixante. Posteriormente, estas águas ascenderam e vieram a precipitar os minerais de
urânio. Idêntica génese terão os jazigos puramente supergénicos, em que, em períodos de
intensa actividade erosiva, os minerais primários de urânio sofreram lixiviação e subsequente
precipitação.
3.1. Região Uranífera das Beiras
Os depósitos conhecidos de urânio em Portugal podem grosseiramente considerar-se
provenientes de uma das duas Regiões Uraníferas em que o País se encontra sistematizado: A
Região Uranífera do Alto Alentejo e a Região Uranífera das Beiras.
A Região Uranífera das Beiras localiza-se na região central de Portugal (Figura 3-1). Como se
representa na Figura, os jazigos dispõem-se, “grosso modo”, em torno de um “horst” de
direcção NE-SW, resultante de movimentação Alpina, que constitui a Serra da Estrela.
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Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
CASTELEJO
Figura 3-1 – Região Uranífera das Beiras
(adaptado de Ferreira, 1971).
Em termos paleogeográficos e tectónicos, encontramo-nos no domínio da Zona CentroIbérica (Figura 2-8) aqui caracterizada por amplas intrusões graníticas das diversas fases
Hercínicas nas formações do Complexo Xisto-Grauváquico Ante-Ordovícico. Existem ainda
manchas de depósitos de arcoses Terciárias.
Os jazigos de urânio encontram-se nos granitos, em encraves das formações do Complexo
Xisto-Grauváquico e nas orlas do metamorfismo induzido no contacto dos granitos com o
encaixante.
Na Região Uranífera das Beiras existem mineralizações de Sn, Be, Ta e Nb relacionadas com
pegmatitos e de Sn e W relacionadas com filões de quartzo. Não parece, todavia, existir
qualquer relação entre as referidas mineralizações e as ocorrências de urânio.
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Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
4. Geofísica
4.1. Introdução
Neste trabalho, utilizaremos o termo “geofísica” sempre que nos referirmos a qualquer
método que proceda à medição de parâmetros físicos utilizados nas Ciências da Terra.
Em estudos geológicos, a Geofísica é utilizada principalmente na prospecção de petróleo,
água e outros recursos minerais, nos estudos de riscos naturais – sismos, vulcões,
deslizamentos de terras -, e em diversas situações aplicadas, entre outros, aos campos da
engenharia civil, geotecnia e agricultura.
A prospecção geofísica compreende variados métodos, usualmente agrupados em três grandes
grupos: sísmicos, electromagnéticos e gravimétricos. Estes métodos podem utilizar-se em
superfície, produzindo cartografia, ou em sondagens, situação em que se obtêm diagrafias.
Segundo o método empregue, a resposta geofísica de uma estrutura orientada poderá ser
diferente. De facto, a resposta obtida varia de acordo com o método empregue, sendo o êxito
de aplicação de um dado método dependente do contraste entre a estrutura orientada e o seu
encaixante.
Alguns métodos geofísicos utilizados em Hidrogeologia são:
Método
Refracção sísmica
Reflexão sísmica
Eléctrico
Electromagnetismo
Magnetismo
Gravimetria
Teledetecção
Radiometria
Geotermia
Grandeza medida (unidade)
Velocidade de propagação (m/s)
Velocidade de propagação (m/s)
Resistividade eléctrica (ohm.m)
Desfasamento ( º )
Resistividade eléctrica (ohm.m)
Campo magnético terrestre (nT)1
Campo gravítico (mGal)2
Lineamentos (tratamento de imagem)
Radioactividade (α, β, χ)
Temperatura ( º C )
Detector utilizado
Geofone/Hidrofone
Geofone/Hidrofone
Resistivímetro
Fasímetro
Resistivímetro
Magnetómetro
Gravímetro
Foto de satélite
Cintilómetro, Espectrómetro
Termómetro
1
: nT, nanoTesla; 2: mGal, miliGal. Extraído de Müller, 1996.
A utilização destes métodos em Hidrogeologia visa aumentar a taxa de sucesso das
campanhas de sondagens para prospecção de água.
Actualmente utilizam-se cada vez mais para determinar a geometria dos aquíferos, as suas
reservas e as suas zonas de vulnerabilidade.
A aplicação da Geofísica à Hidrogeologia necessita de um conhecimento geofísico de base
com vista a estabelecer, a partir dos dados brutos, um modelo geofísico sobre um modelo
geológico, e de um conhecimento hidrogeológico que permita, a partir do modelo geológico,
deduzir determinado comportamento hidráulico.
O interesse pelos métodos electromagnéticos indutivos, advém do facto destes serem
sensíveis às formações condutoras do subsolo. Ora, estas formações jogam muitas vezes um
papel importante no estabelecimento das direcções de escoamento e sobre as capacidades de
armazenamento de água subterrânea.
17
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Em terreno fissurado, a distinção entre rocha sã e rocha fracturada (logo, potencialmente mais
transmissiva) é muitas vezes bastante favorável. Por outro lado, contrariamente à maioria dos
métodos geofísicos, a maior parte das aparelhagens electromagnéticas não necessitam de
contacto com o solo.
O raciocínio de que um método geofísico aplicado à Hidrogeologia possa detectar
selectivamente a água explorável não é correcto. Na maior parte dos casos, a investigação
geofísica apenas permite localizar as zonas aquíferas mais prováveis. Ela necessita, pois, de
ser complementada com informação adicional sobre o contexto tectónico, o hidrodinamismo e
a heterogeneidade das formações geológicas.
4.2. Métodos electromagnéticos utilizados
Devido à presença de minerais magnéticos nos minérios, os métodos electromagnéticos são
correntemente empregues em prospecção mineira. A sua utilização em prospecção petrolífera
encontra-se menos adaptada, porque os métodos electromagnéticos são sobretudo sensíveis às
formações geológicas condutoras. São cada vez mais empregues em Engenharia Civil –
Geotecnia – a fim de determinar a natureza dos solos ou o estado de fracturação das rochas.
Uma vantagem particular destes métodos, reside na possibilidade de serem aerotransportados.
Existem numerosos métodos electromagnéticos, de classificação muito variável, em função
dos critérios escolhidos. Entre eles, com base na frequência, contam-se os métodos
electromagnéticos que utilizam emissores fixos e os que utilizam emissores móveis.
Iremos aqui abordar os métodos RF-EM (Radio Frequency Electromagnetics e RMT (Rádio
Magnetotelluric), que utilizam emissores fixos, encerrando o capítulo com uma descrição das
Sondagens Eléctricas Verticais (SEV’s).
Ainda que a profundidade da prospecção dependa tanto da frequência utilizada como da
resistividade do material atravessado, pode dizer-se que estes métodos se ajustam
particularmente bem a prospecções hidrogeológicas que se desenvolvam a profundidades
inferiores a 150 m.
4.3. Conceitos utilizados
As radiações electromagnéticas utilizadas em Geofísica possuem diversas frequências.
Vamos limitar-nos às ondas hertzianas compreendidas entre 12 KHz e 250 KHz.
4.3.1. Resistividade
Os materiais terrestres são todos mais ou menos condutores de electricidade. A resistência, R ,
e a resistividade, ρ , de uma amostra de rocha são definidas, de acordo com a Lei de Ohm,
para meios homogéneos e isótropos, pela seguinte relação:
R=
pelo que
V ρl
=
I
S
ρ=
RS
l
[Ω]
(Eq. 4-1)
[Ω.m]
(Eq. 4-2)
sendo
18
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
R = Resistência, em Ohm;
V = Diferença de potencial eléctrico, em Volt;
I = Intensidade da corrente eléctrica, em Ampère;
ρ = Resistividade eléctrica, em Ohm.m;
l = Comprimento da amostra, em m;
S = Superfície, em m2;
O inverso da resistividade é a condutividade, σ , em Siemens/m, sendo que:
σ =1 ρ =
(I S) = J
l
=
R S (V l ) E
(Eq. 4-3)
com
σ - condutividade eléctrica, em S/m;
R - resistência, em ohm;
V - diferença de potencial eléctrico, em Volt;
I - intensidade da corrente eléctrica, em Ampère;
ρ - resistividade eléctrica, em ohm.m;
l - comprimento da amostra, em m;
S - superfície, em m2;
E - campo eléctrico, em Volt.m-1;
J - densidade de corrente, em Ampère. m-2.
A quantidade escalar designada por σ exprime, portanto, a proporcionalidade entre o campo
eléctrico E e a densidade da corrente eléctrica J num ponto através de
J =σ E
(Eq. 4-4)
Desta forma, para um campo dado, quanto maior for a condutividade eléctrica do material,
maior será a densidade de corrente.
A resistividade, ρ , de uma rocha varia em função:
- do grau de saturação em água;
- da porosidade;
- da temperatura;
- da composição química;
- da composição mineralógica.
A resistividade eléctrica dos materiais é dos parâmetros físicos que apresenta uma das
maiores variações de ordens de grandeza sobre a Terra. O seu interesse em Geofísica reside
no facto de permitir diferenciar formações geológicas electricamente contrastantes. O seu
interesse em Hidrogeologia reside no facto de a porosidade de certas formações (e
eventualmente a sua condutividade hidráulica) poder ser avaliada a partir de relações
experimentais locais.
19
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
4.3.2. Indução
De acordo com a lei de Neumann ou lei da indução, se um fluxo magnético normal a um
circuito plano varia no tempo, é induzida no circuito uma força electromotriz (f.e.m.) igual em
grandeza a esta taxa de variação temporal do fluxo e, sendo o circuito fechado, aí circulará
uma corrente eléctrica numa direcção tal que o seu campo magnético (secundário) tende a
opor-se à mudança do fluxo (primário).
Os métodos electromagnéticos são todos baseados no princípio da indução. Medem o campo
magnético associado a uma corrente eléctrica que circula no subsolo. O processo pode
descrever-se como (ver Figura 4-1):
Figura 4-1 - Princípio do método VLF-EM
(adaptado de Turberg et al., 1992).
Uma corrente eléctrica alterna primária (eléctrodos, bobinas ou emissor) produz um campo
electromagnético alterno, o qual induz uma corrente eléctrica alterna secundária nos
condutores (correntes de remoinho ou correntes de Foucault).
Estas correntes eléctricas secundárias produzem um campo electromagnético secundário
(induzido) que tende a opor-se ao campo electromagnético primário.
A intensidade deste campo electromagnético secundário é tanto maior, quanto mais fraca for a
resistividade da estrutura, mais forte a sua susceptibilidade magnética e mais elevada a
frequência de emissão. Na presença de uma estrutura electricamente condutora, o campo
electromagnético medido é, pois, um campo resultante, constituído por um campo primário e
um campo secundário. Tais medidas são efectuadas por intermédio de bobinas nas quais é
induzida uma força electromotriz pelo campo resultante.
A medida de um campo secundário fraco, em presença de um campo primário, é muitas vezes
difícil de obter. Existem, no entanto, métodos electromagnéticos que consistem em parar a
emissão do campo primário e em medir, em intervalos aproximados, o decréscimo
exponencial do campo secundário induzido. Este decréscimo é indicativo do tipo de estrutura
condutora presente.
20
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
4.4. Electromagnetismo “Very Low Frequency” (VLF)
As transmissões na banda VLF datam de 1910. Permitiram inicialmente comunicações de
longa distância, a que se seguiu uma utilização pelas forças armadas, com vista à sua
comunicação com os submarinos, tendo também sido utilizadas na detecção de campos de
minas.
É apenas na década de 1960 que este método foi utilizado em prospecção mineira, vindo
depois a sê-lo na prospecção de água e em geotecnia.
4.4.1. Princípios físicos - Emissores VLF e campo primário
As radiações electromagnéticas utilizadas em VLF são geradas na banda de 3 a 30 KHz, por
estações emissoras cuja potência varia entre 300 a 1000 Kw. As estações são estruturas
complexas possuindo uma ou várias antenas filiformes, de 200 a 300 m de altura. São, pois,
emissores verticais.
Estas estações possibilitam comunicações de longo alcance. Em linguagem “rádio” são ondas
de frequência muito baixa, embora em geofísica sejam consideradas como ondas de
frequência relativamente elevada.
Os emissores VLF são fixos. Transmitem sinais com um alcance de vários milhares de
quilómetros em redor do emissor. As estações emissoras encontram-se distribuídas à
superfície do globo (veja-se Figura 4-2) e transmitem, seja uma mensagem modulada sobreimposta a uma onda portadora não modulada, seja uma onda portadora intermitente.
Figura 4-2 – Transmissores VLF mais importantes.
Os blocos de dados identificam a estação, a frequência (KHz) e a potência (Megawatts).
(Segundo Milsom, 1989).
Tais emissores podem assemelhar-se a fios verticais muito curtos, em relação aos
comprimentos de onda transmitidos (15 Km a 20 KHz). Por esta razão, comportam-se como
dipolos eléctricos. Esquematicamente, o campo magnético primário forma círculos
concêntricos em torno do emissor. O campo eléctrico associado dispõe-se verticalmente, em
ângulo recto com o campo magnético. Este modelo simplificado negligencia os efeitos fonte
devidos à proximidade do emissor (Figura 4-3).
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Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Figura 4-3 – Fundamentos do método VLF.
A tracejado representa-se um corpo condutor orientado na direcção da antena.
(Adaptado de Kearey & Brooks, 1991).
4.4.2. Propagação das ondas VLF
A grande distância do emissor (o que é geralmente o caso das prospecções VLF) a onda VLF
pode ser considerada como uma onda plana. O campo magnético é horizontal e paralelo ao
solo e o campo eléctrico é-lhe vertical (figura 4-7). Longe dos efeitos de fonte, este campo
electromagnético primário pode praticamente ser considerado como uniforme sobre cerca de 2
Km2 de terreno.
A descrição acima é simplificada, não tendo em conta que
- a antena VLF não se situa num espaço livre infinito, mas sobre a superfície terrestre;
- as ondas electromagnéticas podem ser refractadas ou reflectidas pela ionosfera e/ou pelo
solo;
- as ondas VLF podem ser perturbadas pelas condições meteorológicas.
4.4.3. Desfasamento das ondas
Relativamente ao método RMT, aquando de uma medição não existe qualquer controlo, quer
sobre a amplitude do sinal no emissor, quer sobre a fase. Para ter um campo electromagnético
de referência mede-se, seja o campo magnético horizontal, seja o campo eléctrico vertical, já
que são os mais próximos dos sinais primários (campos locais).
Próximo da superfície e sobre um solo homogéneo, o desfasamento é de π 4 (45º). Sobre
solo heterogéneo (e.g. estratificado) é diferente de 45º (Figura 4-4).
Figura 4-4 – Resposta do método VLF-R (RMT) em diferentes estruturas
A) formação homogénea; B) uma camada condutora sobrepõe-se a uma mais resistente; C) uma camada
condutora é coberta por um estrato mais resistente. (Adaptado de Thierrin & Müller, 1988).
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Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
4.4.4. Anomalias das ondas
As anomalias VLF são em grande parte causadas pelas deformações que as ondas
electromagnéticas sofrem ao atravessarem o subsolo. Estas deformações devem-se
essencialmente às variações de condutividade daquele. Podem identificar-se dois tipos de
correntes anormais:
A. Correntes rotacionais (ou de vortex)
Estas correntes são locais e associadas aos corpos confinados e condutores englobados numa
matriz resistente. Neste caso, o campo magnético primário atravessa o condutor, induzindolhe correntes eléctricas (correntes de Foucault) que se encontram desfasadas relativamente ao
campo primário, e cuja distribuição é função da geometria dos condutores. As correntes de
Foucault induzem, segundo a lei da indução, um campo magnético secundário da mesma
frequência que o campo primário, mas apresentando um desfasamento. São precisamente
estas as perturbações (criadas por este campo secundário) que procuramos. Nas correntes
rotacionais, verifica-se a produção de campos secundários magnéticos, mas não eléctricos.
Estes últimos são produzidos essencialmente por indução.
B. Correntes galvânicas
Sem contraste de condutividade, as linhas de corrente seriam paralelas à superfície do solo.
Pelo contrário, na vizinhança de uma anomalia de condutividade no subsolo, o campo
eléctrico de uma onda electromagnética irá ser influenciado. Se a anomalia é mais condutora,
as linhas de corrente tenderão a convergir na sua direcção. Se a anomalia é mais resistente, as
linhas de corrente serão divergentes. Nas correntes galvânicas, há produção de campos
secundários magnéticos e eléctricos, sendo estes últimos produzidos essencialmente por
acumulação de cargas.
No domínio VLF, parece que os efeitos das correntes galvânicas predominam sobre os das
correntes rotacionais.
A maior parte dos sistemas VLF comparam os campos magnéticos verticais e horizontais. A
existência dum campo secundário indica a presença dum condutor de subsuperfície (camadas,
filões, falhas) e pode ser medido (relativamente ao campo primário) por uma mudança de
amplitude e/ou desfasamento. De igual modo, qualquer que seja a causa da deformação do
campo resultante, ele estará polarizado elipticamente e as medidas assentam sobre a definição
desta elipse de polarização.
Note-se que exactamente sobre um condutor, o campo secundário é importante, mas
horizontal. A maior parte dos sistemas de cartografia electromagnética não o podem dissociar
do campo primário.
4.4.5. Acoplamento entre campo primário e estrutura condutora
A indução que pode produzir um condutor de tipo filão depende bastante da orientação deste
último relativamente à proveniência do campo primário (acoplamento). O acoplamento
máximo é teoricamente obtido quando a direcção da estrutura é paralela à direcção de
propagação da onda VLF (polarização eléctrica ou polE). O acoplamento mínimo é
teoricamente obtido a 90º desta posição, quando a direcção da estrutura é perpendicular à
direcção de propagação da onda VLF (polarização magnética ou polH).
23
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Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
4.4.6. Profundidade de investigação
Um campo electromagnético atravessando o solo é atenuado na sua amplitude. Esta atenuação
é exponencial com a profundidade. É importante constatar que a onda electromagnética perde
quase toda a sua energia à profundidade efectiva (também designada por profundidade
pelicular ou skin depth). Esta é função da resistividade do meio e da frequência utilizada. De
facto, a profundidade efectiva (muitas vezes associada à profundidade de investigação)
define-se como sendo a profundidade à qual a amplitude do campo electromagnético, EM P , é
atenuada de um factor e (0.368) relativamente à sua amplitude de superfície, EM 0 .
EM P = EM 0 . e−1
(Eq. 4-5)
Praticamente, a profundidade efectiva, Pi , é calculada por:
Pi = 503 (σ f ) −1 2 = 503
ρ
f
(Eq. 4-6)
com
condutividade, σ , em S.m-1;
frequência, f , em Hz;
resistividade, ρ , em ohm.m;
Esta relação mostra
- a possibilidade de efectuar sondagens fazendo variar a frequência (sondagens de
frequência);
- que a profundidade de investigação varia em função da natureza dos terrenos atravessados.
4.4.7. Instrumentação de medida
Os aparelhos utilizados, CHYN/MULLER são protótipos fabricados na Suiça por Dupperex.
O aparelho VLF-R 12/25 é um VLF-Resistividade em sentido estrito. Mede entre 12KHz e 25
KHz.
O aparelho VLF-Rmf 12/240 mede frequências entre 12KHz e 240 KHz.
O aparelho VLF-EM mede a componente em fase (inphase) e em quadratura (outphase).
4.4.8. Casos teóricos
A forma da anomalia depende da geometria do condutor. Podem-se assim distinguir diversas
situações:
- caso de um filão vertical, vd. Figura 4-5;
24
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Em fase
(ângulo de mergulho)
Quadratura
Ângulo de mergulho
Secundário
Ângulo de mergulho
Secundário
Primário
Primário
Campo
Magnético
Campo
secundário
Primário
Figura 4-5 – Anomalia do componente magnético sobre um condutor vertical
disposto na direcção do transmissor (segundo Milsom, 1989).
- caso de um filão condutor, influência da profundidade a que se encontra, influência da
direcção de projecção;
- caso de uma zona de falha;
- caso de um contacto estratigráfico aproximadamente vertical (Figura 4-6);
Em fase
Quadratura
Figura 4-6 – Anomalia do campo magnético nos limites de um condutor
(segundo Milsom, 1989).
4.4.9. VLF-Resistividade
Com o VLF clássico é possível realizar rastos e medidas pluridireccionais permitindo definir,
segundo os casos, a estratigrafia, a anisotropia e a heterogeneidade do subsolo. Com o VLF-R
multifrequência 12-240 KHz, é também possível realizar séries de sondagens de frequência.
25
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
O VLF-Resistividade permite medir a resistividade do subsolo, bem como o desfasamento
entre a componente eléctrica, Ex e a magnética, H y , do sinal.
Se o VLF-R for multifrequência (12-240 KHz) é possível realizar sondagens de frequência.
Isto significa que, em lugar de medir apenas a banda VLF, é possível medir a frequências
mais elevadas, mantendo a geometria do dispositivo inalterada. Este facto permite obter uma
melhor resolução das estruturas geológicas em função da profundidade (Figura 4-7).
Figura 4-7 – Descrição do método electromagnético VLF multifrequência 12-240 KHz
(adaptado de Thierrin & Müller, 1988).
26
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
4.4.9.1. Metodologia
Na estação de medida, um emissor VLF é escolhido em função da direcção do perfil a
efectuar. Os dois eléctrodos são colocados no solo, de tal forma que a recta que os une esteja
dirigida na direcção do emissor. A bobina é então orientada de modo a que o seu eixo esteja
horizontal e perpendicular à direcção do emissor. Efectuamos a medição procurando, manual
ou automaticamente, o sinal VLF mínimo. Quando este mínimo é atingido, a resistividade e o
desfasamento podem ser directamente lidos ou registados.
4.4.9.2. Resistividade
O campo eléctrico segundo a direcção de propagação x, Ex , é medido entre dois eléctrodos
colocados no solo. Conhecendo o campo magnético, H y , é possível calcular a resistividade
aparente, ρ a , através da fórmula seguinte:
⎛E
ρa = ⎜ x
⎜H
⎝ y
2
⎞
1
⎟⎟ ⋅
⎠ 2π f μ 0
[Ω ⋅ m]
(Eq. 4-7)
com
campo eléctrico, Ex , entre dois eléctrodos em V.m-1;
excitação magnética, H y , medida na bobina em A.m-1;
frequência, f , em Hz;
permeabilidade magnética do vazio, μ 0 = 4π ⋅10−7 H.m-1.
ρ a representa a resistividade global da camada de terreno cuja espessura é calculada segundo
a profundidade efectiva (profundidade pelicular ou skin depth). A presença de variações
verticais importantes de resistividade é colocada em evidência através do valor do
desfasamento.
O interesse hidrogeológico desta variável reside no facto de que a resistividade verdadeira
permite estimar a permeabilidade em zona saturada, desde que seja conhecida, para uma
região dada, a relação empírica local entre resistividade verdadeira e permeabilidade.
4.4.9.3. Desfasamento
A medida do desfasamento permite avaliar o contexto estratigráfico do local. O desfasamento
oscila geralmente entre 10º e 80º. Utilizam-se, na prática, as três seguintes regras:
- fase = 45º, o terreno sondado pode considerar-se homogéneo, ou seja, pode considerar-se
como composto de rochas de resistividade uniforme;
- fase < 45º, o terreno sondado é constituído por uma camada menos condutora sobreposta a
uma camada mais condutora. Quanto mais pequena é a fase, mais forte é o contraste de
resistividade;
- fase > 45º, o terreno sondado é constituído por uma camada mais condutora que se sobrepõe
a uma camada menos condutora. Quanto maior é a fase, mais forte é o contraste de
resistividade;
O traçado de cartas de resistividade aparente e de desfasamento é igualmente necessário com
vista a obter uma abordagem bidimensional (xy) do local estudado.
27
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Podem obter-se resultados quantitativos por modelação matemática, sendo a interpretação
magnetotelúrica normalmente feita em 1D ou 2D.
4.4.9.4. Interesse hidrogeológico das medidas
A utilização do VLF em modo estratigráfico permite uma cartografia rápida de qualquer
variação geológica, cujos termos sejam, em termos eléctricos, suficientemente contrastados.
Podem ser zonas de areias grosseiras em aluviões mais finos, o adelgaçamento de uma
camada superficial, ou a alteração de contexto estratigráfico, entre diversos exemplos que
poderiam mencionar-se. É suposto que estas variações litológicas (heterogeneidade do meio)
permitam prever o comportamento dos escoamentos subterrâneos.
4.4.9.5. O modo direccional
O modo direccional é um modo de medida aplicado aos meios heterogéneos e anisótropos,
por exemplo aos granitos fissurados ou às rochas calcárias carsificadas. Esta restrição advém
do facto de que nos meios muito heterogéneos e anisótropos, os valores electromagnéticos
medidos, dependem fortemente da configuração existente entre o emissor, o dispositivo de
medida e a estrutura geológica.
É, pois, possível efectuar medidas que nos dão informação não apenas sobre a presença de
estruturas condutoras, mas igualmente sobre a sua direcção.
As medições incidem, tal como anteriormente, sobre a resistividade e sobre o desfasamento
entre Ex e H y .
4.4.9.6. Metodologia
A metodologia consiste na medição, num mesmo ponto, das diferentes direcções. Esta
exigência implica o recurso a várias estações VLF, de diferentes proveniências. Se medirmos
em três direcções, obteremos para cada ponto de medida três resistividades e três
desfasamentos.
Se num local pudermos utilizar dois emissores cujas direcções de propagação sejam
perpendiculares entre si, e se uma destas direcções for paralela às estruturas geológicas e a
outra perpendicular, então as condições de aplicação do método são consideradas óptimas.
4.4.9.7. Resistividade
A resistividade é medida como anteriormente, mas é deformada pelos efeitos de polarização
devidos à heterogeneidade do meio. Para uma estrutura condutora englobada numa matriz
resistente, os efeitos teóricos de polarização são os seguintes:
- se o dispositivo VLF é paralelo à estrutura condutora, a medida diz-se em polarização E
(eléctrica). Neste caso, a resistividade aparente diminui ligeiramente.
- se o dispositivo VLF é perpendicular à estrutura condutora, a medida diz-se em polarização
H (magnética). Neste caso, a resistividade aparente cai fortemente.
No caso onde temos uma estrutura resistente englobada numa matriz condutora, o
comportamento da resistividade será inverso. A procura da direcção de um condutor faz-se
procurando a direcção onde se mede a maior resistividade aparente. A procura da direcção
28
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
perpendicular a um condutor, faz-se procurando a direcção onde se mede a menor
resistividade aparente.
4.4.9.8. Desfasamento
O desfasamento é também influenciado pela heterogeneidade do meio. Em polarização E o
desfasamento diminui, enquanto que em polarização H o desfasamento aumenta.
A procura da direcção de um condutor faz-se procurando a direcção onde se mede a menor
fase. A procura da direcção perpendicular a um condutor, faz-se procurando a direcção onde
se mede a maior fase.
4.4.9.9. Tratamento dos dados
O tratamento de base é a realização de perfis que permitirão representar o grau de anisotropia
dos terrenos. Serão comparados:
- Perfis de desfasamento em diferentes polarizações (segundo direcções escolhidas);
- Perfis de resistividade em diferentes polarizações (segundo direcções escolhidas);
- Perfil de desfasamento e de resistividade numa mesma polarização.
A interpretação quantitativa em 1D é localmente impossível devido às perturbações geradas
pelos efeitos de polarização. É possível estimar qualitativamente a heterogeneidade do terreno
e a sua anisotropia geofísica.
Para a heterogeneidade, utilizam-se cartas interpoladas (por krigagem com variograma) de
resistividade aparente e de desfasamento. Estas cartas dão informação acerca da distribuição
espacial das anomalias e das suas orientações.
Para a anisotropia geofísica podem utilizar-se cartas direccionais, onde apenas se representam
os mínimos ou máximos medidos nas estações pluridireccionais.
4.4.9.10. Interesse das medidas
Em meio heterogéneo, as medidas permitem
- cartografar as zonas onde a anisotropia geofísica e a heterogeneidade local são máximas, as
quais são consideradas zonas potencialmente interessantes em Hidrogeologia;
- construir um modelo estrutural bi- ou tridimensional;
- implantar sondagens com precisão, atendendo à sensibilidade deste método às variações de
resistividade do meio.
4.5. Sondagens Eléctricas Verticais (SEV’s)
4.5.1. Princípios do método
A prospecção eléctrica reveste diversas formas. No sentido de estudar as descontinuidades do
solo, introduz-se uma corrente eléctrica no subsolo, medindo-se em seguida, à superfície, a
diferença de potencial resultante.
29
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Figura 4-8 – Elemento cilíndrico atravessado por uma corrente eléctrica.
A resistividade de um material é dada por (Figura 4-8):
ρ=
δRδA
δL
[Ω ⋅ m]
(Eq. 4-8)
onde
resistividade do material, ρ , em Ω ⋅ m ;
resistência do cilindro, δ R , em Ω ;
comprimento do cilindro, δ L , em m;
área da secção do cilindro, δ A , em m2.
Como vimos mais atrás, a corrente, I, que atravessa o elemento cilíndrico, causa uma
diferença de potencial entre as suas extremidades, δ V . Como também vimos a propósito da
lei de Ohm,
δV = IδR
(Eq. 4-9)
em que
potencial, δ V , em Volt;
intensidade da corrente, I , em Ampère;
Substituindo a Eq. 4-8 na Eq. 4-9, obtém-se
δ V ρI
=
= ρi
δL δA
(Eq. 4-10)
representando i a densidade de corrente, em A/m2, e δ V δ L o gradiente de potencial, em
V/m.
Considerando a Figura 4-9, em que se representa um eléctrodo de corrente na superfície de
um meio de resistividade uniforme, pode ver-se que o fluxo de corrente se processa de forma
radial, sendo a distribuição de corrente uniforme em calotes hemisféricas a partir da fonte.
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Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
linha de fluxo
de corrente
superfície
equipotencial
Figura 4-9 – Fluxo de corrente com origem num eléctrodo superficial.
A uma distância r do eléctrodo, a densidade de corrente, i, será dada por
I
i=
2π r 2
(Eq. 4-11)
sendo a área da semi-calote esférica, a uma distância r da fonte, dada por 2 π r 2 . Substituindo
na Equação 4-10, obtém-se o gradiente de potencial associado à densidade de corrente, i
I
δV
= ρi = ρ
δr
2π r 2
(Eq. 4-12)
O potencial à distância r é dado por
∞
∞
r
r
V = ∫δ V = ∫
ρI
ρI
dr =
2
2π r
2π r
(Eq. 4-13)
Considerando agora outro eléctrodo de corrente, nos termos dados pela Figura 4-10
Figura 4-10 – Fluxo de corrente com origem em dois eléctrodos superficiais.
O potencial no eléctrodo de medição C é dado pela soma dos potenciais correspondentes aos
eléctrodos de injecção A e B, sendo
VC = VA + VB (Eq. 4-14)
pelo que, tendo em conta a Equação 4-13, obtemos, relativamente ao potencial medido em C,
VC =
ρI
2π
⎛1 1⎞
⎜ − ⎟ (Eq. 4-15)
⎝ rA rB ⎠
e, relativamente ao potencial medido no eléctrodo D,
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Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
VD =
ρI ⎛ 1
1 ⎞
−
⎜
⎟
2 π ⎝ RA RB ⎠
(Eq. 4-16)
Pelo que a diferença de potencial, ΔV , entre os eléctrodos C e D é dada pela expressão
constante da Equação 4-17
Δ V = VC − VD =
ρ I ⎡⎛ 1 1 ⎞ ⎛ 1
1 ⎞⎤
−
⎢⎜ − ⎟ − ⎜
⎟⎥
2 π ⎣⎝ rA rB ⎠ ⎝ RA RB ⎠ ⎦
(Eq. 4-17)
ou, o que é o mesmo,
ρ=
2π ΔV
⎡⎛ 1 1
I ⎢⎜ −
⎣⎝ rA rB
⎞ ⎛ 1
1
−
⎟−⎜
⎠ ⎝ RA RB
⎞⎤
⎟⎥
⎠⎦
(Eq. 4-18)
Se o solo estudado não for homogéneo, o valor de resistividade que obteremos representa o
conjunto de formações presentes e varia não só com a disposição relativa dos eléctrodos, mas
também com as heterogeneidades presentes. O valor calculado é então designado de
resistividade aparente, ρ a , e é dado por
ΔV
ρa =
k (Eq. 4-19)
I
sendo k o factor geométrico do dispositivo.
O afastamento dos eléctrodos de injecção e a profundidade efectiva de pesquisa encontram-se
relacionados. Genericamente, aceita-se que o afastamento entre os pontos A e B deva ser duas
ou três vezes superior à profundidade de investigação para que a sondagem possa ser
interpretada.
Existem diversas configurações de eléctrodos que podem utilizar-se. No presente trabalho
vamos utilizar o Dispositivo de Schlumberger (Figura 4-11) um dos dispositivos normalmente
empregues na realização de Sondagens Eléctricas Verticais.
Figura 4-11 – Configuração de eléctrodos utilizada no dispositivo de Schlumberger.
O factor geométrico relativo a esta configuração é dado pela Equação 4-20, abaixo
apresentada.
k=
b2 ⎞
2π a2 ⎛
−
1
⎜
⎟
b ⎝ 4a 2 ⎠
Dispositivo de Schlumberger (Eq. 4-20)
32
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
4.5.2. Sondagens Eléctricas Verticais - Schlumberger
O objectivo da Sondagem Eléctrica Vertical (Schlumberger) é a discretização do solo em
camadas de espessura e resistividade determinadas. A sua aplicabilidade é ideal nos casos
unidimensionais (camadas estratificadas horizontais infinitas), mas pode ser igualmente
aplicada em locais de geologia mais complicada, acarretando, no entanto, uma interpretação
mais morosa e difícil.
O princípio de funcionamento é simples. É injectada à superfície do solo corrente eléctrica em
dois pontos (A e B nas Figuras 4-11 e 4-12) fechando um circuito. Em outros dois pontos
também à superfície, é efectuada a leitura da diferença de potencial eléctrico (M e N, nas
mesmas Figuras) criada pela injecção da corrente.
i
V
A
M
N
B
Figura 4-12 – Dispositivo de Schlumberger.
A profundidade de investigação (Figura 4-13) varia muito com a resistividade das formações
atravessadas, e só após modelação e interpretação dos resultados esta fica bem determinada.
Figura 4-13 – Linhas equipotenciais e de corrente num solo homogéneo.
33
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
A representação dos resultados é normalmente feita em escala bi-logarítmica (Figura 4-14),
sendo o eixo das abcissas a distância AB/2 e as ordenadas a resistividade aparente (curva de
campo) e resistividade real (o modelo).
A modelação pode ser feita recorrendo às modernas técnicas de resolução do problema
inverso, nomeadamente o uso de filtragem digital para a resolução do problema directo com a
técnica do máximo gradiente descendente na resolução da inversão dos parâmetros do modelo
correspondente. Estas técnicas necessitam sempre de um modelo inicial aproximado, para que
a convergência para o modelo final se produza com um erro mínimo.
Esta modelação também pode ser realizada com recurso ao método dos mínimos quadrados
para se fazer o ajustamento entre as resistividades de campo e as obtidas a partir de um
modelo arbitrado “a priori”. A análise da resolução dos parâmetros dos modelos calculados,
pode ser feita determinando o denominado “parâmetro de resolução” e ainda pela análise da
matriz de covariância dos parâmetros calculados.
Figura 4-14 – Gráfico bi-logarítimico de resistividade aparente vs. distância.
34
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
5. Prospecção Geofísica Efectuada na Vizinhança da Área Mineira de Castelejo
5.1. Emprego do método VLF-EM
É comum depararmo-nos com problemas de diversa ordem, ao abordar o estudo
hidrogeológico de aquíferos fracturados, com vista à sua caracterização hidráulica.
Particularmente no caso das rochas graníticas, as quais, quando sãs, são praticamente
impermeáveis, é sabido que a circulação fissural pode muitas vezes desempenhar papel
determinante.
A circulação da água neste tipo de rochas coloca desde logo uma questão fundamental, que se
prende com a identificação das fracturas por onde o escoamento é susceptível de se processar:
estas nem sempre são facilmente identificáveis, atendendo à espessura da camada de
cobertura que por vezes sobrejaz à rocha.
Verifica-se assim a necessidade de recorrer a métodos indirectos de prospecção, cujos
resultados permitam identificar eventuais anomalias de interesse hidrogeológico.
O método ora utilizado é um método geofísico electromagnético (VLF-EM) desenvolvido no
Centro de Hidrogeologia da Universidade de Neuchâtel, Suíça, que se baseia nas ondas de
rádio de baixa a muito baixa frequência – de 12 kHz a 300 kHz - emitidas por antenas
existentes em todo o Globo. Estas ondas também se propagam no subsolo, sendo a
profundidade de penetração do campo primário por elas gerado dada por (recorde-se a Eq. 46):
P = 503
ρa
F
sendo:
P - profundidade de penetração do campo primário gerado pelas ondas de rádio (m);
ρ a - resistividade aparente (ohm.m);
F - frequência das ondas (Hz);
Por outro lado, tais ondas dão igualmente origem a um campo electromagnético secundário,
dependente da natureza do material atravessado e susceptível de detecção superficial. Nestes
termos, o campo total resulta da soma dos campos primário e secundário, que se distinguem
tanto em intensidade, como em fase e direcção.
5.1.1. Descrição
Como acima foi referido, o método utilizado ora em apreço é o método Very Low Frequency
– Electromagnetic (VLF-EM). Através da utilização de aparelhos de medida especialmente
adaptados, o que assume carácter preponderante em termos hidrogeológicos, é possível, por
intermédio de uma bobine de eixo horizontal, medir a intensidade do campo magnético
primário (Hp), sendo a intensidade do campo magnético secundário (Hs), medida com recurso
a uma outra bobine, esta de eixo vertical.
A aparelhagem utilizada foi especificamente desenvolvida para fins hidrogeológicos pelo
Professor Imre Müller, do Centro de Hidrogeologia da Universidade de Neuchâtel, Suíça.
Difere dos aparelhos comerciais por registar continuamente a variação do sinal. A utilização
conjunta de um Data-Logger e um GPS assegura a localização exacta das anomalias
registadas.
As componentes verticais encontram-se em fase (inphase) ou em quadratura (outphase)
relativamente ao campo primário.
35
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
A expressão dos resultados é dada pela relação Hs/Hp %, como se ilustra na Figura 4-1.
O método permite detectar a presença de corpos condutores eléctricos, como sejam, por
exemplo, falhas preenchidas por materiais argilosos, apresentando igualmente grande
sensibilidade a outras importantes características geológicas, tais como variações laterais de
fácies.
O método apresenta ainda a vantagem de não exigir contacto com o solo, podendo instalar-se
em viaturas automóveis (Figura 5-1) ou empregar-se manualmente.
Figura 5-1 – Método VLF-EM: instalação em viatura automóvel
(Mina do Castelejo).
36
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
5.1.2. Resultados obtidos
Apresenta-se na Figura 5-2 a planta fotográfica dos locais em que foi efectuada prospecção
geofísica pelo método VLF-EM, acima descrito.
N
RIBAMONDEGO
km
Figura 5-2 – Planta fotográfica do local onde foi efectuada prospecção VLF-EM.
Os locais assinalados indicam os caminhos percorridos, enquanto que a gradação de cores
indica que a relação Hs/Hp% é:
cor encarnada – relação Hs/Hp% positiva;
cor azul – relação Hs/Hp% negativa;
cor branca - relação Hs/Hp% próxima de zero;
Apresenta-se na Figura 5-3 o percurso traçado em cada um dos perfis efectuados. Na
totalidade, foram percorridos 17742,17 m, distribuídos da seguinte forma:
Perfil 1 - 1590,028 m;
Perfil 2 - 1456,71 m;
Perfil 3 - 2031,99 m;
Perfil 4 - 2282,65 m;
Perfil 5 - 692,69 m;
Perfil 6 - 7620.00 m;
Perfil 7 - 2068,049 m;
37
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
N
3 início
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#######################
3 fim
5 fim
1 início
4 início
0
1
6 início
2 Kilome
km
Figura 5-3 – Trajectos percorridos na prospecção, indicando-se o início e fim de cada perfil.
De notar a sobreposição existente entre alguns troços, permitindo confirmar os registos
anteriormente obtidos.
Todos os perfis foram realizados à frequência de 16 kHz. Da sua interpretação (Dill et al.,
1998) podem retirar-se algumas importantes conclusões.
Os valores muito negativos, ou muito positivos (Hs/Hp<-40% ou Hs/Hp>40%) correspondem
a medições efectuadas sob influência de linhas eléctricas de alta tensão, pelo que não devem
ser considerados.
Valores de Hs/Hp% negativos correspondem, em regra, a terrenos de maior resistividade
eléctrica, enquanto que valores de Hs/Hp% positivos indicam maior condutividade eléctrica
(por exemplo, presença de materiais argilosos).
Inflexões sucessivas de Hs/Hp% indicam zonas de fracturação, tanto mais importantes,
quanto maior a amplitude registada.
Apresenta-se em seguida uma interpretação sumária dos resultados obtidos (Figura 5-4).
38
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Hs/Hp %
20
Perfil 1, 16 KHz
zona de fracturação
(família de fracturas)
com provável
mineralização
associada
10
ZONA
NÃO
0
distância (m)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
INTERPRETÁVEL
-10
zona de
fracturação
importante - falha (?)
-20
(ALTA TENSÃO)
Hs/Hp %
20
zona de
fracturação
Perfil 2, 16 KHz
mineralização (?)
ZONA
10
falha associada a
mineralização
NÃO
distância (m)
0
0
-10
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
INTERPRETÁVEL
(ALTA
TENSÂO)
-20
Figura 5-4 – Interpretação dos resultados obtidos através dos perfis efectuados na prospecção
– perfis 1 e 2 (continua).
39
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Hs/Hp %
20
prováveis mineralizações
Perfil 3, 16 KHz
ZONA
10
NÃO
distância (m)
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
INTERPRETÁVEL
falha
falha
-10
(ALTA TENSÂO)
-20
Hs/Hp %
20
Perfil 4, 16 KHz
prováveis mineralizações
vale
de falha
ZONA
fractura
10
fracturação
mineralização (?)
fractura
NÃO
distância (m)
0
0
100
200
300
400
500
600
fractura
-10
700
800
fracturação
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
Hs/Hp %
20
Perfil 5, 16 KHz
ZONA
mineralização
10
falha
0
0
-10
-20
NÃO
distância (m)
100
200
300
400
500
600
2200
vale
de falha
(ALTA
TENSÂO)
-20
2100
INTERPRETÁVEL
700
INTERPRETÁVEL
(ALTA
TENSÃO)
Figura 5-4 (continuação) – Interpretação dos resultados obtidos através dos perfis efectuados na
prospecção – perfis 3, 4 e 5 (continua).
40
2300
Hs/Hp %
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
20
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Perfil 6 (1ª parte), 16 KHz
ZONA
fracturação
10
NÃO
distância (m)
0
-10
1100
INTER
PRETÁVEL
-20
(ALTA
TENSÃO)
Hs/Hp %
0
20
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2600
2700
2800
2900
3000
3100
zona de maior espessura de terreno de cobertura
(amortecimento de sinal)
falha (?)
Perfil 6 (2ª parte), 16 KHz
10
1900
ZONA
falha
NÃO
distância (m)
0
3100
3200
3300
3400
3500
3600
3700
3800
3900
4000
4100
4200
4300
4400
4500
4600
4700
4800
4900
5000
5100
5200
5300
5400
5500
5600
5700
5800
5900
6000
6100
6200
INTERPRETÁVEL
-10
(ALTA TENSÃO)
Hs/Hp %
-20
20
Perfil 6 (3ª parte), 16 KHz
ZONA
10
distância (m)
NÃO
0
6200
-10
6300
6400
6500
6600
6700
6800
6900
7000
7100
7200
7300
7400
7500
7600
Figura 5-4 (continuação) - Interpretação dos resultados obtidos através dos
perfis efectuados na prospecção – perfil 6 (continua).
INTERPRETÁVEL
(ALTA TENSÃO)
-20
41
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Hs/Hp %
20
Perfil 7, 16 KHz
ZONA
falha importante
10
NÃO
fracturação
falha
distância (m)
0
0
-10
-20
100
200
INTERPRETÁVEL
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
(ALTA
TENSÃO)
1900
2000
falha
Figura 5-4 (continuação) – Interpretação dos resultados obtidos através dos perfis efectuados na
prospecção – perfil 7 .
De referir que, designadamente neste último perfil, as falhas assinaladas foram observadas “in
situ”.
A interpretação dos perfis atrás indicados, cruzada com diversa informação de campo – v.g.,
presença de água à superfície - permitiu elaborar uma carta sumária de fracturação da zona em
estudo, que se apresenta na Figura 5-5.
N
ð
ð
ð
ð
ð
ð
ð
ð
ð
ð
ðð
ð
ð
ð
ð
ð
ð
ð
ð
ð
ð
ð
ð
ð
ð
ð
ð
0
2
4 km
Figura 5-5 – Carta sumária de fracturação da zona em estudo.
(Fracturas - amarelo; locais em que foi assinalada a presença de água - azul).
42
2100
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
5.2. Emprego do método VLF-R
5.2.1. Descrição
Tanto a prospecção geofísica anteriormente realizada (Figura 5-6, Perfis de RF-EM) como a
bibliografia consultada (Ponte, 1992) alertavam para a presença de falhas e de fracturação que
poderiam constituir caminhos preferenciais de escoamento superficial e subterrâneo.
No caso concreto, foram efectuadas medições de RMT (Figura 5-6, Perfis de RMT) a WNW
da área mineira. Mediram-se as resistividades aparentes e a desfasamento entre o campo
eléctrico e o magnético. Os valores obtidos foram projectados em ArcView e tratados
graficamente. Utilizou-se ainda um programa de Inversão (FitVLF2) para a obtenção dos
valores de resistividade reais e das espessuras.
Figura 5-6 - Extracto da carta geológica com implantação dos perfis efectuados
- RF-EM (vermelho) e RMT-R (verde);
(cartografia geológica cedida pelo Departamento de Geologia do INETI, S. Mamede de Infesta).
5.2.2. Resultados
Os trabalhos efectuados no sector a WNW assinalado com a letra A (Figura 5-6) vieram a ser
bastante elucidativos. Foi efectuado um perfil ao longo do vale de falha com a mesma
direcção (Figura 5-7, sector A) já detectada pela prospecção com RF-EM (gráfico em azul). É
muito interessante comparar os resultados da geofísica com a fracturação e lineações
existentes na zona (Figura 5-7). Com efeito, foram encontradas situações de polarização do
sinal (pol-E e pol-H), consoante a direcção da execução do perfil em relação a essas
estruturas.
43
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Figura 5-7 - Estruturas geológicas principais detectadas (falhas conjugadas e fracturas) pela aplicação dos métodos electromagnéticos (RF-EM e RMT-R).
A polarização E detectada através do método RMT-R é causada pela fractura D (fotografia aérea © Google 2006).
44
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Figura 5-8 - Logs de resistividade sectoriais, ilustrando o aumento da espessura da camada superior
(o qual é acompanhado por uma diminuição do tamanho de grão para jusante - ver perfis 4, 3 e 2).
45
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
A Figura 5-7 mostra igualmente a fotografia aérea em projecção 3D e exemplifica uma
situação de polarização E (com aumento dos valores de resistividade e diminuição da fase)
obtida ao atravessar uma fractura de direcção NNE-SSW. O perfil foi efectuado
perpendicularmente a esta.
Retiradas as situações de polarização E e H, procedeu-se ao cálculo das resistividades reais e
das espessuras das diferentes camadas. De seguida calcularam-se valores médios sectoriais
(Figura 5-8).
Rho = 137
Rho = 1146
46.9 m
Rho = 798
52.4 m
O perfil P1 (pontos amarelos) localiza-se perto da exploração da
mina: os valores correspondem aos obtidos numa situação de blocos
de granito pouco alterados (valores de resistividade > 1000 Ω .m)
imersos numa matriz aparentemente mais alterada (?) (resistividade
≈ 700 Ω .m).
Os perfis, realizados ao longo do vale do Castelejo que se estende a
WNW da Lagoa de lavagem, indicam que se trata de um vale de
falha, preenchido por material proveniente da erosão. Deste modo e
para fins de modelação do escoamento e do transporte de
contaminantes, a utilização de um modelo que considere o meio
como poroso parece ser compatível com os resultados obtidos.
Perfil 1
Todos os perfis revelam ainda uma situação singular – os valores de resistividade diminuem
em profundidade.
Figura 5-9 - Perfil 6 realizado ao longo do vale de falha principal
- direcção NNE-SSW (vide Fig. 5-7, sector B). De notar a quase inexistência da camada superior e a
confluência da Ribeira WNW-ESE (vide Fig. 5-7, sector A).
46
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Tal tanto poderá dever-se a causas naturais (camadas mais alteradas), como poderá indicar
uma situação de contaminação profunda com drenagem ácida (aumento da mineralização).
O Perfil 6 (sector cor de laranja) situa-se no vale da falha principal - Vale da Arinta - de
direcção NNE. A menor espessura da camada superior deve-se possivelmente ao papel
erosivo da ribeira (ver Figura 5-9).
5.3. Aplicação das Sondagens Eléctricas Verticais
5.3.1. Relatório da campanha
No sentido de melhor caracterizar as espessuras das camadas dos materiais presentes na mina
de Castelejo, foram efectuadas cinco Sondagens Eléctricas Verticais nas imediações do
perímetro mineiro.
A localização e orientação das SEV’s apresenta-se na Figura 5-10.
N
Y P02
#
SEV 4 – N54E
F01
#
Y
P01
Y
#
#P03
Y
Y P04
#
F02
F10
Y
#
Ef_L
SEV 2 – N42E
CIA
SEV 5 – N21E
Y
#
F03
SEV 3 – N38E
P05
Y
#
0
100
CIIA
SEV 1 - N65E
F05
F06 #
Y
200
300
400
500
600
700
800
900
metros
1000 Meters
Figura 5-10 – Localização e orientação das SEV’s efectuadas nas imediações da mina de Castelejo.
As sondagens efectuadas foram interpretadas de acordo com o método de Schlumberger. A
incongruência dos dados recolhidos aquando da realização das campanhas não permitiu
esclarecer cabalmente todas as sondagens, designadamente as sondagens 2 e 4.
Não obstante, foi feito um esforço de interpretação no sentido de integrar os dados recolhidos
com a realidade de campo.
47
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
5.3.2. Resultados
Resistividade aparente [ Ohm . m ]
Da análise dos resultados obtidos resulta que a curva do modelo tem um valor aproximado em
relação aos valores obtidos no campo devido à grande irregularidade destes. Ou seja, o ajuste
do modelo aplicado com a curva de campo não é muito precisa.
Distância dos eléctrodos de corrente (AB/2) [ m ]
Figura 5-11 – Modelo ajustado à SEV 1.
Na Figura 5-11 representa-se o modelo obtido da inversão da sondagem eléctrica vertical 1. O
erro quadrático médio (root mean square error, RMS) que lhe está associado é RMS = 10 %.
O número de camadas interpretadas a partir dos dados constantes do gráfico da Figura 5-11,
bem como a sua espessura, apresentam-se na Tabela 5-1.
Camada
1
2
3
4
5
Resistividade (ohm.m)
3659.4
432.0
4881.2
1473.2
100000.0
Espessura (m)
1.2
2.7
10.5
13.0
-
Tabela 5-1 – Valores obtidos a partir da interpretação da SEV 1.
Já em relação à SEV 2, como os valores de campo apresentam alguma aleatoriedade (veja-se
Figura 5-12), optou-se por traçar uma curva de campo que respeitasse a tendência da primeira
curva. Os resultados são os apresentados na figura 5-13.
48
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Resistividade aparente [ Ohm . m ]
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Distância dos eléctrodos de corrente (AB/2) [ m ]
Figura 5-12 – Dados de campo da SEV 2.
Resistividade aparente [ Ohm . m ]
Na Figura 5-13 representa-se o modelo obtido da inversão da sondagem eléctrica vertical 2. O
erro quadrático médio que lhe está associado é RMS = 2 %.
Distância dos eléctrodos de corrente (AB/2) [ m ]
Figura 5-13 – Modelo ajustado à SEV 2.
O número de camadas interpretadas a partir dos dados constantes do gráfico da Figura 5-13,
bem como a sua espessura, apresentam-se na Tabela 5-2.
Camada
1
2
3
4
5
Resistividade (ohm.m)
4048.4
351.0
681.2
1202.4
14977.2
Espessura (m)
1.8
18.6
8.9
12.4
-
Tabela 5-2 – Valores obtidos a partir da interpretação da SEV 2.
49
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Resistividade aparente [ Ohm . m ]
Como se pode verificar, a SEV 3 atravessa uma descontinuidade geológica, junto ao ponto
AB/2 = 50m (Figura 5-14).
Distância dos eléctrodos de corrente (AB/2) [ m ]
Figura 5-14 – Dados de campo da SEV 3.
Resistividade aparente [ Ohm . m ]
Assim, fez-se a inversão apenas até ao ponto AB/2 = 40m, tendo-se obtido o modelo que se
apresenta na Figura 5-15, o qual possui um erro quadrático médio associado de RMS = 2 %.
Distância dos eléctrodos de corrente (AB/2) [ m ]
Figura 5-15 – Modelo obtido da inversão da SEV 3, sem a descontinuidade geológica.
O número de camadas interpretadas a partir dos dados constantes do gráfico da Figura 5-15,
bem como a sua espessura, apresentam-se na Tabela 5-3.
Camada
1
2
3
Resistividade (ohm.m)
442.0
186.1
108.2
Espessura (m)
2.7
20.4
-
Tabela 5-3 – Valores obtidos a partir da interpretação da SEV 3.
50
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Resistividade aparente [ Ohm . m ]
Uma vez que a curva da SEV 4 apresenta um comportamento semelhante ao da SEV 2, mais
uma vez optou-se por fazer uma interpretação que respeitasse a tendência da de campo. Os
valores reais de campo apresentam-se na Figura 5-16.
Distância dos eléctrodos de corrente (AB/2) [ m ]
Figura 5-16 – Dados de campo da SEV 4.
Resistividade aparente [ Ohm . m ]
A curva aproximada e o respectivo modelo apresentam-se na figura 5-17. O erro quadrático
médio que se encontra associado ao modelo é RMS = 3 %.
Distância dos eléctrodos de corrente (AB/2) [ m ]
Figura 5-17 – Modelo obtido da inversão dos dados transformados da SEV 4.
O número de camadas interpretadas a partir dos dados constantes do gráfico da Figura 5-17,
bem como a sua espessura, apresentam-se na Tabela 5-4.
Camada
1
2
3
4
Resistividade (ohm.m)
880.0
45.9
229.5
1750.4
Espessura (m)
1.6
21.2
13.9
-
Tabela 5-4 – Valores obtidos a partir da interpretação da SEV 4.
51
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Resistividade aparente [ Ohm . m ]
A sondagem 5 e o respectivo modelo ajustado apresentam-se na Figura 5-18.
Distância dos eléctrodos de corrente (AB/2) [ m ]
Figura 5-18 – Modelo obtido da inversão da SEV 5.
Neste último caso, aproximou-se a curva do modelo o mais possível. As discordâncias advêm
de picos de valores obtidos no campo. O erro quadrático médio associado ao modelo é
RMS = 3 %.
O número de camadas interpretadas a partir dos dados constantes do gráfico da Figura 5-18,
bem como a sua espessura, apresentam-se na Tabela 5-5.
Camada
1
2
3
Resistividade (ohm.m)
343.1
2122.0
626.5
Espessura (m)
2.0
11.4
-
Tabela 5-5 – Valores obtidos a partir da interpretação da SEV 5.
Deve-se ter em atenção que todo o trabalho foi realizado numa zona extremamente fracturada,
o que é muito prejudicial à realização das SEV’s. Estas idealmente deveriam ser realizadas em
meios horizontalmente estratificados e homogéneos.
Os valores de campo obtidos nesta campanha de prospecção geo-eléctrica, apresentam-se de
muito má qualidade. Isto é, os valores de resistividade obtidos têm muitas irregularidades
(picos). As próprias embraiagens que deveriam dar valores aproximados, dão, na maioria das
vezes, valores muito díspares, situação que se manifesta de forma particularmente evidente
nas SEV’s 2 e 4.
Os valores resultantes da inversão, obtidos para as espessuras das camadas identificadas,
corresponderão em campo à camada superficial de solo, seguida de horizontes de material
mais ou menos alterado, de acordo com a sua localização.
52
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
5.4. Abordagem geoestatística dos resultados obtidos na prospecção VLF-EM
5.4.1. Objectivos e metodologia
Uma das características mais determinantes no estudo de um recurso natural é a análise da
forma dos diferentes corpos que integram e compõem esse recurso.
Entende-se como Morfologia Geoestatística o conjunto dos métodos e modelos geoestatísticos
de estimação da forma de corpos mineralizados (Soares, 1989).
Partindo de um conjunto de amostras discretas, existem dois métodos que permitem aceder à
estimação da forma de um corpo:
1) Métodos em que se obtém directamente a forma do corpo;
2) Métodos que definem a forma do corpo com base no conjunto de pontos que lhe
pertencem;
Nestes últimos, a forma obtém-se através de mapas de probabilidades, estimados a partir de
uma variável indicatriz.
⎧1 se Z ( x ) > z
I ( xi ) = ⎨
⎩0 se Z ( x ) ≤ z
(x ∈ X )
(x ∈ XC )
Na escolha dos modelos geoestatísticos a utilizar na estimação da forma de um corpo, é
previamente analisada a disposição do corpo dentro da área a estudar. Um corpo pode estar
completamente definido dentro da área, ou seja, a sua dispersão processa-se de forma não
estacionária ou, pelo contrário, pode abranger apenas uma parte da área, isto é, a dispersão
processa-se de forma estacionária.
Neste caso, é permitida a aplicação de métodos geoestatísticos estacionários, como seja a
krigagem ordinária.
5.4.1.1. Abordagem utilizada
Com base na informação obtida na primeira campanha de prospecção geofísica – prospecção
efectuada através do método VLF-EM – procedeu-se ao tratamento dos dados de acordo com
os critérios que abaixo se discriminam.
- A malha do campo de trabalho foi discretizada em células de 10 m x 10 m, e situa-se entre
as coordenadas representadas na Figura 5-19 (a malha da quadrícula representada na figura é
de 100 m x 100 m e não de 10 m x 10 m, por uma questão de facilidade de leitura);
53
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
400500.
400000.
399500.
399000.
398500.
398000.
397500.
397000.
396500.
396000.
247500.
248000.
248500.
249000.
249500.
250000.
250500.
251000.
M
Figura 5-19 – Campo de trabalho e amostragem utilizada.
- O ficheiro de partida foi construído a partir da amostragem inicialmente efectuada, após
discretização dos dados em células de 10 m x 10 m.
- Em seguida foram consideradas como zonas não amostradas as zonas consideradas como
não interpretáveis, isto é, em que as leituras foram efectuadas sob a influência de linhas de
alta tensão, tendo sido excluídos os dados a elas referentes;
- Obteve-se assim um ficheiro constituído por 1081 pontos, em conformidade com a Figura 519, encontrando-se os pontos de amostragem representados a azul;
- Seguiu-se uma etapa de codificação binária, tendo sido atribuídos valores de 1 aos locais em
que foram detectadas falhas/fracturas e valores de 0 aos locais em que as mesmas não foram
detectadas. As características do ficheiro de partida após a codificação binária apresentam-se
na Tabela 5-6. Os locais codificados como 1, ou seja, aqueles em que foram detectadas falhas
ou fracturas através da prospecção, representam-se na Figura 5-20.
54
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Média
Erro-padrão
Desvio-padrão
Variância da amostra
Curtose
Assimetria
Intervalo
Mínimo
Máximo
Soma
Contagem
0.062905
0.007388
0.242904
0.059002
11.02064
3.605586
1
0
1
68
1081
Tabela 5-6 – Estatísticos básicos do ficheiro de partida.
400500.
400000.
399500.
399000.
398500.
398000.
397500.
397000.
396500.
247500.
248000.
248500.
249000.
249500.
250000.
M
Figura 5-20 – Locais em que foram detectadas falhas/fracturas
(locais referidos representados a azul).
A estimação da forma de um corpo pode ser sintetizada nos seguintes passos:
1. Obtenção de uma variável indicatriz;
Uma variável indicatriz é uma variável que se elabora à custa de dois símbolos apenas, que
representam estados mutuamente exclusivos. Uma variável indicatriz para um certo evento E
define-se como a variável aleatória que assume apenas um de dois valores 0 e 1, assumindo o
valor 1 quando o evento E tem lugar e 0 de maneira diferente. Também dentro de determinada
55
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
área A que contém n pontos, cada ponto pode ser classificado como pertencente a um de dois
estados (sim ou não, presença ou ausência, 1 ou 0, ou outros) consoante os seus valores se
situem acima ou abaixo de determinado valor, designado de valor de corte.
2. Estimação dessa variável indicatriz, com obtenção de um mapa de probabilidades;
3. Transformação do mapa de probabilidades em mapa binário, a fim de obter a forma do
corpo;
Outras etapas poderão eventualmente seguir-se, designadamente a atribuição de zonas de
incerteza à forma anteriormente obtida.
5.4.2. Variografia
Um passo fundamental em qualquer estudo geoestatístico que incorpore a informação
estrutural da variável que se pretende estudar é a construção de variogramas experimentais
segundo diversas direcções do espaço (Isaaks & Srivastava, 1989).
É através dos variogramas que a informação estrutural é evidenciada, sendo, além disso,
também com base nesta função que as subsequentes estimações por krigagem são efectuadas.
Assim, a partir da aplicação de uma função indicatriz aos valores obtidos na primeira
campanha de prospecção geofísica obtém-se uma variável transformada, a qual é submetida a
modelação variográfica, tendo em vista a sua estimação sistemática por krigagem, numa
malha estabelecida de acordo com os objectivos definidos.
A exploração inicialmente efectuada aos dados sugeriu a aplicação aos mesmos de apenas um
variograma (variograma omnidireccional) em detrimento de diversos variogramas
direccionais, uma vez que não se afigurava tarefa fácil a identificação de direcções
preferenciais de continuidade espacial.
O variograma omnidireccional foi construído com base na expressão dada pela Equação 5-1.
2
γ ( z , h) =
I
1 N (h)
∑ [I z ( xi ) − I z ( xi + h)]
2 N (h) i =1
(Eq. 5-1)
que representa o valor médio do quadrado das diferenças entre todos os pares de pontos
existentes no campo geométrico, distanciados de h, sendo:
γ ( z , h) - variograma da variável indicatriz;
I
N ( h) - número de pares de pontos, ( xi ) e ( xi + h) , distanciados de h ;
I z ( xi ) - valor da variável indicatriz no ponto ( xi ) ;
I z ( xi + h) - valor da variável indicatriz no ponto ( xi + h) ;
Com vista à construção do variograma são necessários alguns parâmetros referentes à
caracterização das direcções:
56
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
- Azimute ( θ ) – define o ângulo, medido no sentido dos ponteiros do relógio, que a projecção
da direcção no plano horizontal faz com o eixo dos yy’;
- Inclinação ( φ ) – representa o ângulo que o versor da direcção faz com o plano horizontal;
- Regularização (R) – é o ângulo correspondente ao cone cujo eixo é a direcção fixada;
- Passo (p) – é a amplitude do intervalo regular de classes de distância;
- Distância de corte – é a distância máxima até à qual se calcula o valor do variograma
experimental;
Este conjunto de parâmetros permite fazer corresponder cada par de pontos a uma
determinada classe de distância, conforme este se inclua, ou não, no cone de direcção
escolhido.
O variograma normalmente exibe um ramo crescente para valores pequenos de h, tendendo
para um patamar a partir de uma certa distância.
Algumas características importantes do variograma são:
- Amplitude – distância a partir da qual as amostras deixam de se encontrar correlacionadas;
- Patamar – variância “a priori” da variável, que reflecte a dispersão para distâncias superiores
à amplitude;
- Efeito de pepita (C0) – descontinuidade na origem do variograma expressa pela ordenada na
origem, causada pela eventual existência de erros de amostragem e/ou micro-regionalizações
inferiores à escala utilizada;
Após a construção do variograma experimental procede-se ao ajustamento do modelo teórico
que melhor traduz o comportamento dos dados. Existem diversos modelos teóricos utilizados
no ajustamento do variograma, designadamente os modelos esférico, exponencial e gaussiano.
A Equação 5-2 representa matematicamente um modelo de variograma com duas estruturas –
modelo exponencial e efeito de pepita – cujo ajustamento foi adoptado no presente trabalho.
3h
⎧
−
⎡
⎤
a
γ
(
h
)
c
c
1
e
=
+
−
⎪
⎥
0
1 ⎢
⎨
⎣
⎦
⎪
⎩γ ( h) = c0 + c1
h<a
(Eq. 5-2)
h≥a
5.4.2.1. Construção do variograma
O variograma é um instrumento de detecção estrutural que evidencia eventuais anisotropias,
permitindo analisar a continuidade espacial da variável regionalizada.
Foram elaborados variogramas experimentais em diversas direcções do campo de
amostragem. Contudo, optámos no presente trabalho por adoptar o modelo de ajuste
representado pelo variograma omnidireccional. Com efeito, as direcções escolhidas, bem
como, aliás, as próprias técnicas de estimação utilizadas, induziam um enviesamento
indesejado no resultado final.
Com vista à construção do variograma omnidireccional, considerou-se uma regularização de
180º, permitindo que todas as direcções do campo sejam representadas por apenas um
57
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
variograma. Na Tabela 5-7 apresentam-se os resultados obtidos, com base em 35 classes de
distância, com um passo de 120 m.
Classe de distância
h
g (h)
N (pontos)
Classe 1
Classe 2
Classe 3
Classe 4
Classe 5
Classe 6
Classe 7
Classe 8
Classe 9
Classe 10
Classe 11
Classe 12
Classe 13
Classe 14
Classe 15
Classe 16
Classe 17
Classe 18
Classe 19
Classe 20
Classe 21
Classe 22
Classe 23
Classe 24
Classe 25
Classe 26
Classe 27
Classe 28
Classe 29
Classe 30
Classe 31
Classe 32
Classe 33
Classe 34
Classe 35
63.3707
177.8056
299.2646
421.7421
540.1721
658.3101
779.3443
900.743
1019.501
1138.554
1257.125
1377.075
1498.765
1619.798
1739.588
1857.811
1977.06
2103.696
2217.554
2340.419
2453.162
2575.228
2703.981
2822.725
2936.429
3053.744
3175.505
3293.746
3392.363
0
0
0
0
0
0
0.0554
0.0525
0.051
0.0547
0.0527
0.0512
0.0576
0.0625
0.0673
0.0577
0.0521
0.0585
0.057
0.056
0.0574
0.0706
0.0735
0.0619
0.0597
0.0704
0.0718
0.0622
0.0814
0.0573
0.0484
0.0509
0.0389
0.121
0.1189
0
0
0
0
0
0
17205
19837
19695
26305
32563
33313
32091
37763
44370
42146
37063
28545
24374
23837
24189
21158
15979
15677
16823
15995
12132
7535
6402
9267
8335
5255
3094
1856
328
0
0
0
0
0
0
Tabela 5-7 – Resultados da variografia.
O efeito de pepita utilizado no ajustamento, C0 = 0.022, representa 37.3 % da variância
(0.059) do fenómeno, significando, portanto, que 62.7 % da variabilidade se utiliza no
processo de estimação. A amplitude do variograma tem o valor de 500 m. Na Figura 5-21
apresenta-se o variograma experimental bem como o modelo teórico ajustado.
58
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
γ (h)
dados
patamar
modelo
h (m)
Figura 5-21 – Variograma experimental omnidireccional e modelo teórico ajustado.
Como já foi anteriormente referido, no ajustamento do variograma foi utilizado o modelo
exponencial, com efeito de pepita. A expressão geral do modelo ajustado apresenta-se na
Equação 5-3.
3h
⎧
−
⎡
⎤
500
γ
(
h
)
=
0
.
022
+
0
.
037
1
−
e
⎪
⎢
⎥
⎨
⎣
⎦
⎪
⎩γ ( h) = 0.022 + 0.037
h<a
(Eq. 5-3)
h≥a
5.4.3. Krigagem
Qualquer ponto não amostral pode ser estimado através de uma combinação linear ponderada
dos valores experimentais de uma variável regionalizada nas amostras vizinhas (Equação 54).
n
Z * ( x0 ) = ∑ λ i Z ( xi )
(Eq. 5-4)
i =1
onde
Z * ( x0 ) - estimador da variável;
Z ( xi ) - conjunto dos valores experimentais;
λ i - ponderador a atribuir a cada valor experimental;
Na estimação por krigagem, a noção de vizinhança das amostras é mais rica do que a simples
distância entre elas. Assim, em cada ponto estimante (amostra) o ponderador é atribuído em
59
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
função de uma noção de proximidade que envolve um conceito mais rico e abrangente, que é
o conceito de distância estrutural.
Desta forma, à influência das relações de distância entre amostras, esta relação acrescenta
elementos da estrutura e variabilidade espacial das mesmas recolhidos na análise variográfica.
A qualidade do estimador da variável, Z * ( x0 ) , é condicionada pela combinação do valor de
cada ponderador afecto aos pontos amostrais. Desta situação decorrerá, em cada ponto
estimado, uma diferença entre valor real e valor estimado – o erro de estimação (Equação 55).
e ( x0 ) = Z * ( x0 ) − Z ( x0 )
(Eq. 5-5)
No conjunto de n valores estimados, a variância do erro é dada por (Equação 5-6):
1 n
σ = ∑ ( e ( xi ) − me )
n i =1
2
2
e
(Eq. 5-6)
com
e ( xi ) - erro de estimação;
me - média do erro de estimação;
Da estacionaridade, num dado domínio espacial, decorre que a esperança da variável aleatória
é, em qualquer ponto, igual à média (Equação 5-7)
E { Z ( xi )} = m
(Eq. 5-7)
O rigor de um critério de estimação pode ser avaliado em face de dois parâmetros: a média e a
variância dos erros que lhe estão associados.
A fim de inviabilizar a predominância sistemática de valores subestimados ou sobrestimados,
a estimação deve conduzir a uma média do erro de estimação nula, me = 0 .
Por outro lado, a dispersão do erro em torno do valor médio (Equação 5-6) deve ser mínima.
Diferentes métodos de estimação conduzem a diferentes erros de estimação, face às múltiplas
possibilidades de combinação do peso a atribuir aos ponderadores de cada variável de valor
conhecido.
Por serem uma incógnita os valores reais das variáveis nos pontos estimados, não é possível a
determinação do erro médio nem da variância de estimação. Há, contudo, uma única
combinação de ponderadores capaz de garantir o menor erro de estimação, objectivo que é
atingido na krigagem.
Nesta metodologia é utilizado um modelo probabilístico baseado nos dados amostrais
disponíveis, sobre os quais o peso dos ponderadores é calculado segundo um algoritmo que,
assegurando nula a média do erro, garante simultaneamente a minimização da sua variância.
A condição de não enviesamento impõe que me = 0 ; assim:
{
}
me = E Z * ( x0 ) − Z ( x0 ) = 0
⎧n
⎫
E ⎨∑ λ i Z ( xi ) − Z ( x0 ) ⎬ = 0
⎩ i =1
⎭
60
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
n
∑ λ E { Z ( x )} − E { Z ( x )} = 0
i =1
i
i
0
Atendendo à estacionaridade da função aleatória (Equação 5-7)
n
∑λ
i =1
i
m−m =0
⇒
n
∑λ
i =1
=1
i
(Eq. 5-8)
O valor a atribuir a cada ponderador é obtido por intermédio da resolução de um sistema de
equações, condicionado pela restrição do somatório dos ponderadores totalizar a unidade
(Equação 5-8), minimizando a variância do erro através da introdução de parâmetros extraídos
do variograma da variável a estimar:
⎧n
⎪∑ λ j γ ( hij ) + μ = γ i 0
⎪ j =1
⎨n
⎪ λ =1
i
⎪⎩∑
i =1
∀i = 1 ,
,n
em que:
λ i - ponderadores a atribuir a cada ponto amostral;
γ ( hij ) - semi-variância entre as amostras;
γ i 0 - semi-variância entre o ponto i e o ponto a estimar;
μ - multiplicador de Lagrange;
Em notação matricial, o sistema de equações anterior pode ser escrito como:
⎡γ ( h11 )… γ ( h1n ) 1 ⎤ ⎡ λ1 ⎤ ⎡γ ( h10 ) ⎤
⎢
⎥ ⎢ ⎥ ⎢
⎥
⎢
⎥•⎢ ⎥ = ⎢
⎥
⎢γ ( hn1 )… γ ( hnn ) 1 ⎥ ⎢ λn ⎥ ⎢γ ( hn0 ) ⎥
⎢
⎥ ⎢ ⎥ ⎢
⎥
0 ⎦ ⎣μ ⎦ ⎣ 1 ⎦
⎣ 1 … 1
ou
[γ ]
⋅
[λ ]
[ D]
=
(Eq. 5-9)
O conjunto de ponderadores que conduzem a uma estimação não enviesada com minimização
da variância do erro, obtém-se pela operação matricial:
[λ ]
=
[γ ]
−1
⋅
[ D]
61
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
5.4.3.1. Estimação da proporção e morfologia das fracturas
Irá agora, com base no ficheiro de partida, proceder-se à estimação por krigagem da
proporção e morfologia das fracturas constantes do campo de amostragem.
A estimação é efectuada partindo de uma malha de pontos amostrais, onde os valores
assumidos pelos pontos são convertidos na variável dicotómica indicatriz, determinando os
valores de 1 e 0, consoante seja, ou não, estabelecida a situação de pertença a uma falha ou
fractura (“corpo”) localizada no campo amostral.
Assim, para cada amostra é definida uma variável indicatriz, I ( xi ) , associada a um corpo X ,
de forma que:
⎧1 ⇐ x i ∈ X
I ( xi ) = ⎨
⎩0 ⇐ xi ∉ X
O estimador dos pontos não amostrais é determinado pela combinação linear ponderada dos
valores das amostras experimentais xi , assumidas num espaço estruturalmente ligado:
n
I * ( x0 ) = ∑ λ i I ( xi )
i =1
A conversão dos pontos amostrais numa variável indicatriz, permite atribuir-lhe o conceito de
probabilidade de determinada amostra pertencer, ou não, ao corpo. Nesta perspectiva, em
pontos não amostrais o estimador da indicatriz (resultado da combinação linear das amostras
vizinhas) assume idêntico significado.
Assim, a forma estimada numa malha de pontos não amostrais, pode ser referida a um mapa
de probabilidades dos valores estimados pertencentes ao corpo, em que a média dos
estimadores representa a proporção de corpo estimado:
I * ( x) =
1
N
N
∑
i =1
I * ( xi )
Esta é, também, dada pelo quociente entre o número de pontos constituintes do corpo
estimado, P , e o número total de pontos, N :
I * ( x) =
P
N
(Eq. 5-10)
Sendo N conhecido, calculando a média dos estimadores de krigagem, I * ( x ) , é possível obter
o número de pontos, P , pertencentes à área estimada do corpo, donde decorre que o corpo
62
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
estimado, X * , será constituído pelos P ( P = número inteiro, arredondado por excesso) valores
de maior probabilidade estimada.
A distribuição gráfica destes P pontos, identificados numa transformação do mapa de
probabilidades em mapa binário, representará a morfologia do corpo.
* * *
A estimação realizou-se numa malha regular, de 93626 blocos (correspondentes a 277 blocos
na direcção x, 338 na direcção y e 1 bloco na direcção z) os quais foram discretizados num
único ponto central.
Cada célula tem dimensões 10 m x 10 m x 1 m, sendo as coordenadas dos pontos centrais que
definem os limites da área estimada, as seguintes:
M: de 247680 a 250440.
P: de 396580 a 399950.
A estimação foi efectuada com base na krigagem ordinária, através do método simples de
busca das amostras, isto é seleccionando apenas as amostras mais próximas do ponto a
estimar, segundo qualquer direcção. Foi utilizado um mínimo de 1 amostra e um máximo de
16 amostras com vista à estimação de cada ponto, correspondendo o raio máximo de procura
ao produto do espaçamento pelo número de blocos nas direcções principais (2770 x 3380 x 1).
Os estatísticos básicos dos valores obtidos na estimação apresentam-se na Tabela 5-8.
Média
Erro-padrão
Desvio-padrão
Variância
Curtose
Assimetria
Intervalo
Mínimo
Máximo
Soma
Contagem
0.08438827
0.0003751731341291
0.114797
0.013
5.077
1.877
1
0
1
7900.936
93626
Tabela 5-8 – Estatísticos básicos dos valores estimados.
A média dos estimadores, ou proporção de falhas ou fracturas na área estimada, I * ( x ) , e o
correspondente número de pontos estimados, P , apresentam-se abaixo.
I * ( x ) = 0.08438827
P = 0.08438827 × 93626 = 7900.936
7901
63
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Desta forma, a projecção dos 7901 maiores pontos obtidos na krigagem, permite estimar a
morfologia do campo, em termos de fracturação. O resultado desta projecção apresenta-se na
Figura 5-22.
400500
400000
399500
399000
398500
398000
397500
397000
396500
247500
248000
248500
249000
249500
250000
250500
M
Figura 5-22 – Aspecto da morfologia apresentada pelo campo após a estimação.
São especialmente notórios diversos lineamentos, sendo também, para além disso, possível
apreciar a existência de algumas tendências lineares constatadas em campo.
Apresenta-se na Figura 5-23 uma carta de fracturação, extraída da Figura 5-5 e elaborada com
base em dados recolhidos na sequência dos trabalhos da primeira campanha de prospecção
geofísica e em reconhecimento de campo, a fim de que seja possível proceder à comparação
desta com a obtida por krigagem.
Deve notar-se que a codificação inicial foi realizada de forma conservativa, uma vez que a
interpretação gráfica que revela a existência de uma fractura foi efectuada de forma a que
muito poucos pontos tenham sido codificados como 1’s;
64
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Outras codificações menos conservativas proporcionarão diferentes interpretações, tanto em
termos quantitativos como qualitativos, relativamente aos lineamentos considerados como
iniciais, como aos lineamentos estimados.
400500
400000
399500
399000
398500
398000
397500
397000
247000
247500
248000
248500
249000
249500
250000
250500
251000
M
Figura 5-23 – Carta de fracturação extraída da Figura 5-5.
A comparação das duas figuras revela, no entanto, algumas características interessantes:
Parecem existir direcções de fracturação comuns – as importantes direcções localizadas no
centro do campo, que se desenvolvem a N da área mineira, correspondem ao conjunto de
pontos linearizados localizados na mesma posição relativa na figura 5-22.
Contudo, algumas direcções que na figura 5-22 se apresentam perfeitamente linearizadas, não
parecem ter correspondência com as traçadas na figura 5-23.
Uma das razões que nos levaram a não proceder à krigagem com base em variogramas
direccionais, prende-se com a quase total ausência de estruturação da variável segundo certas
direcções, o que se traduzia em maior incerteza relativamente ao resultado da estimação.
Foi justamente para evitar essa incerteza acrescida que optámos por eleger o variograma
omnidireccional como o melhor descritor do comportamento da variável regionalizada no
campo de estimação.
Por outro lado, a utilização da busca por quadrantes como método de selecção das amostras
utilizadas com vista à estimação de um dado ponto, influenciava fortemente os resultados da
65
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
estimação, que evidenciavam marcadas tendências de alinhamentos segundo as direcções dos
variogramas.
Foi por essa razão que optámos pelo método de busca simples, utilizando apenas as amostras
mais próximas do ponto a estimar segundo qualquer direcção, como método de selecção das
amostras utilizadas com vista à estimação dos pontos.
Finalmente, o estabelecimento de correspondência entre os resultados da prospecção geofísica
e a identificação das fracturas presentes no campo de trabalho através da codificação binária
efectuada, parece constituir uma boa aproximação tendo em vista a posterior estimação da
morfologia da fracturação.
66
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
6. Caracterização da fracturação
Designam-se de neotectónicos os movimentos ocorridos após a última reorganização
significativa da tectónica regional (Cabral, 1995).
Devido a considerações várias, designadamente modificações do regime tectónico
estabelecido na região do Arco de Gibraltar, que passa de uma extensão E-W a ENE-WSW no
Pliocénico superior a uma compressão NW-SE a NNW-SSE no Quaternário inferior,
considera-se a Neotectónica como a actividade tectónica ocorrida desde o Pliocénico terminal
até à actualidade, o que permite situá-la no período compreendido entre cerca de -2 milhões
de anos (M.A.) e o presente, considerando-se activas todas as estruturas geológicas com
evidências de movimentação no decurso deste período de tempo.
A actuação da tensão tectónica em Portugal continental no período neotectónico acima
indicado, originou movimentos em falhas activas, entre outros efeitos que traduzem as
deformações regional e global que igualmente se fizeram sentir.
Esta deformação, particularmente a de carácter frágil, depende bastante das descontinuidades
anteriormente existentes, que funcionam como zonas preferenciais de rotura em que se
verifica a reactivação da fracturação, em situações de aplicação de novas forças tectónicas.
Como consequência da reactivação da fracturação, as falhas activas no território do continente
distribuem-se de acordo com direcções Hercínicas, designadamente NNE-SSW a ENE-WSW
e NW-SE a NNW-SSE, equivalentes a falhas de desligamento originadas no primeiro
episódio de fracturação tardivarisca (Ribeiro et al., 1979).
Dependendo da orientação das estruturas e das particularidades do campo de tensões, assim as
falhas activas podem assumir carácter de falhas predominantemente inversas, falhas de
desligamento ou falhas normais (ver Carta Neotectónica de Portugal Continental, apresentada
na Figura 6-1).
As falhas activas que foram consideradas mais importantes para este estudo, pela sua
proximidade com a zona de Castelejo, encontram-se assinaladas a azul na legenda da Figura
6-1. São elas a falha Seia-Lousã, a falha Manteigas-Vilariça-Bragança e a falha PenacovaRégua-Verín, às quais vamos agora proceder a uma breve análise.
•
Falha Seia-Lousã
Trata-se de uma falha de direcção N50ºE, com componente predominante de movimentação
inversa, que delimita a estrutura em “horst” compressivo Alpino de direcção ENE-WSW, que
constitui a Cordilheira Central.
Coloca em contacto o soco, constituído basicamente por rochas do Complexo XistoGrauváquico (C.X.G.) com os sedimentos que preenchem a bacia sedimentar de LousãArganil, constituindo simultaneamente o limite NW da Cordilheira Central e o limite SE da
bacia sedimentar, apresentando um comprimento total de aproximadamente 100 Km.
Contacta a NE com a falha Manteigas-Vilariça-Bragança.
•
Falha Manteigas-Vilariça-Bragança
Trata-se de uma falha de direcção NNE-SSW, com componente predominante de
movimentação de desligamento esquerdo, embora apresente igualmente evidências de
movimentação vertical.
Trata-se de uma falha tardivarisca, que apresenta um comprimento total de aproximadamente
250 Km e se localiza entre Unhais da Serra e Puebla de Sanabria, na província de Zamora, em
Espanha. Desloca referências do soco com uma separação horizontal esquerda máxima de
cerca de 8 Km, a qual diminui progressivamente para as suas extremidades.
67
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Figura 6-9 – Carta Neotectónica de Portugal Continental
(adaptado de Cabral, 1995).
Legenda:
CASTELEJO
1 - Falha de Monte Chão;
2 - Falha Penacova-Régua-Verin;
3 - Falha Manteigas-Vilariça-Bragança;
4 - Falha de Morais;
5 - Falha de Quiaios;
6 - Falha de Vale Saramago;
7 - Falha Seia-Lousã;
8 - Falha Nazaré-Pombal;
9 - Falha da Sertã;
10 - Falha Sobreira Formosa-Grade-Sobral do Campo;
11 - Falha de Almaceda;
12 - Falha Galdins-Rapoula-Chão da Vã;
13 - Falha de Mendares;
14 - Falha do Ponsul;
Figura 6-1 – Carta Neotectónica de Portugal Continental
(adaptado de Cabral e Ribeiro, 1988; Cabral, 1995).
•
Falha Penacova-Régua-Verin
Trata-se de uma falha de direcção NNE-SSW, com componente predominante de
movimentação de desligamento esquerdo, que faz parte do mesmo sistema de fracturas que a
falha Manteigas-Vilariça-Bragança, da qual se localiza a cerca de 60 Km a W.
Falha tardivarisca, apresentando um comprimento total de aproximadamente 220 Km e se
localiza entre Penacova e Verin, na província de Ourense, em Espanha.
Desloca o soco com uma separação horizontal esquerda máxima de cerca de 3,4 Km.
68
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
6.1. A fracturação na mina de Castelejo
6.1.1. Mapa de lineamentos
A fim de melhor interpretar e prever direcções de fluxo preferencial das águas subterrâneas da
zona em estudo, foi produzido um mapa de lineamentos. O mapa, em formato digital, foi
elaborado com base em fotografia aérea a diversas escalas e apresenta-se na Figura 6-2.
N
Figura 6-2 – Mapa de lineamentos dos arredores da mina de Castelejo.
Legenda: fracturas a encarnado; escala aproximada: 1/21290.
69
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
O programa informático utilizado no seu traçado, a ferramenta Erdas ER Mapper 6, permitiu,
para além do mapa de lineamentos, elaborar uma carta de zonas húmidas, inferindo estas
através de técnicas de transformação de cor aplicadas em detecção remota – veja-se a Figura
6-3.
N
Figura 6-3 – Mapa de zonas húmidas dos arredores da mina de Castelejo.
Legenda: zonas húmidas a azul; escala aproximada: 1/21290.
70
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Finalmente, reproduzindo o cruzamento das duas cartas anteriores, elaborou-se uma carta em
que se representam os lineamentos e as zonas húmidas, facilitando a sua interpretação
conjunta – ver Figura 6-4.
N
Figura 6-4 – Mapa de lineamentos e zonas húmidas dos arredores da mina de Castelejo.
Legenda: fracturas a encarnado, zonas húmidas a azul; escala aproximada: 1/21290.
Os lineamentos constantes dos mapas apresentados nas Figuras 6-2 e 6-4 foram tratados
estatisticamente, tendo permitido obter diversos valores estatísticos, que se reproduzem na
Tabela 6-1.
71
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Ponto
Médio
Nº
de Comprimento Comprimento Comprimento Comprimento Ângulo
lineamentos mínimo
máximo
médio
total
médio
-85
-80
-75
-70
-65
-60
-55
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
19
13
22
38
33
38
18
21
14
13
18
22
23
14
16
11
8
2
3
2
7
7
6
14
4
4
4
4
2
5
16
12
17
11
13
23
86.71
126.68
106.79
123.21
96.12
77.96
80.3
106.83
95.48
90.66
101.7
118.81
98.48
61.46
153.74
157.39
95.26
147.01
116.12
120.11
104.79
74.47
118.07
101.18
82.2
136.2
124.21
93.01
188.67
165.8
107.03
91.65
76.87
1.27
91.81
123.04
685.1
536.31
757.82
699.42
1007.15
771.03
938.58
703.11
736.49
471.41
1146.1
820.13
1434.09
822.24
606.73
850.03
491
352.53
192.59
190.13
316.11
555.55
258.43
443.36
238.42
442.56
732.93
220.66
195.9
586.71
449.63
383.23
417.85
445.7
322.08
539.82
235.16
304.92
260.18
257.17
294.6
265.36
253.64
250.05
286.89
256.92
333.65
310.66
367.64
298.54
311.78
315.17
234.81
249.77
161.48
155.12
209.79
226.87
182.18
205.16
137.85
254
369.16
152.9
192.29
307.26
232.02
211.71
251.32
243.99
171.06
277.78
4467.99
3963.92
5723.98
9772.32
9721.96
10083.55
4565.48
5251.09
4016.49
3339.99
6005.64
6834.58
8455.78
4179.59
4988.47
3466.83
1878.51
499.54
484.44
310.24
1468.5
1588.09
1093.07
2872.22
551.4
1016.01
1476.63
611.6
384.57
1536.3
3712.29
2540.49
4272.51
2683.91
2223.73
6388.94
Total
497
1.27
1434.09
266.46
132430.7
-85
-80.5
-74.9
-69.6
-65.5
-60.2
-55.1
-50.1
-45.1
-39.9
-35.2
-30.2
-24.6
-20.3
-15.2
-9.8
-5.7
-0.1
4.4
9
15.2
19.5
24.9
30.2
34.4
39.7
46.7
50.3
53.1
60.7
64.8
70.1
75.1
79.5
84.9
89.8
Tabela 6-1 – Valores estatísticos relativos aos lineamentos constantes dos mapas acima apresentados.
Com base nos valores da Tabela 6-1 foi possível traçar as rosas de lineamentos que abaixo se
representam. A Figura 6-5 reproduz três diagramas de rosa dos lineamentos obtidos, traçados
de 5º em 5º e referentes a: a) número de lineamentos, b) comprimento total dos lineamentos e
c) comprimento médio dos lineamentos.
Da análise do diagrama representado na alínea a) da figura 6-5, pode ver-se que o maior
número de lineamentos se distribui em torno das direcções N65W (nº total de
72
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
lineamentos = 109), N30W (nº total de lineamentos = 63), N90E (nº total de lineamentos =
55), N70E (nº total de lineamentos = 45) e N30E (nº total de lineamentos = 24).
Por distribuição em torno de uma direcção deve entender-se, não só o número de lineamentos
encontrados nessa direcção, mas também os que se situam numa faixa compreendida até 5º à
direita e até 5º à esquerda daqueles.
a)
b)
c)
Figura 6-5 – Diagramas de rosa relativos ao mapa de lineamentos representado nas Figuras 6-2 e 6-4.
a) Número de lineamentos; b) Comprimento total dos lineamentos; c) Comprimento médio dos
lineamentos; (ver também Tabela 6-1).
O diagrama representado na alínea b) da figura 6-5, reproduz o comprimento total de
lineamentos e segue o padrão da figura anterior, uma vez que o comprimento total dos
lineamentos que se distribuem em torno de determinada direcção, reflectem a soma dos
comprimentos de todos os lineamentos nessa direcção, acrescida dos que se encontram até 5º
à direita e até 5º à esquerda da mesma. Assim, o comprimento total dos lineamentos
encontrados em torno das direcções N65W é de 29577.83 m, N30W é de 21.296.00 m, N90E
é de 13080.66 m, N70E é de 10525.29 m e N30E é de 4516.69 m.
Finalmente, o diagrama representado na alínea c) da figura 6-5, descreve o comprimento
médio dos lineamentos. Os maiores comprimentos médios dos lineamentos encontram-se nas
direcções N45E (comprimento médio = 369.16 m) e N25W (comprimento médio =
367.64 m).
Com base nas campanhas de prospecção geofísica efectuadas, foi elaborada a carta de
fracturação apresentada na Figura 5-5 do capítulo anterior. Será interessante comparar as
estruturas assinaladas no mapa de lineamentos com as estruturas detectadas no campo através
da prospecção geofísica.
A informação obtida através do cruzamento do mapa de lineamentos com a carta de
fracturação sumária, bem como a coligida a partir de outros trabalhos, será reunida e aplicada
ao estudo sobre a influência da tectónica recente na circulação fissural dos arredores de
Castelejo.
73
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
6.1.2. Outros estudos de fracturação
Os estudos prévios com vista à caracterização da rede estrutural presente na vizinhança da
mina de Castelejo, indicavam a existência de várias direcções de fracturação principais, as
quais se reproduzem sinteticamente na Figura 6-6.
N
F10
PP1/PP1A
F1/F2
PP2/PP2A
F3
F5/F6
Figura 6-6 – Carta sumária de fracturação das imediações da mina de Castelejo.
(escala=1:25000, fracturas a tracejado, furos/piezómetros a encarnado).
Estas direcções materializam-se através das orientações seguintes:
•
N55º-65ºE; 50º-70ºNW
Corresponde à direcção da estrutura explorada no Céu Aberto II. Trata-se de uma estrutura
constituída por brecha granítica associada a quartzo, com grande alteração, proporcionando
boas condições de permeabilidade.
Apresenta uma espessura variável, de 5 a 10 metros, sendo intersectada por diversos sistemas
de fracturas, particularmente na transição entre Castelejo II e Castelejo I.
74
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
•
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
N70º-75ºW; 80ºS
Falha presente no Céu Aberto II. Constituída por brecha granítica muito argilosa. Possui caixa
com cerca de 1 metro.
•
N20º-25ºW; 80ºS
Falha presente no Céu Aberto II. Constituída por brecha granítica muito argilosa,
evidenciando os feldspatos alterações esverdeadas.
•
N35º-45ºE; 40º-70ºNW
Corresponde à direcção da estrutura explorada no Céu Aberto I. Tal como no sistema anterior,
trata-se de uma estrutura constituída por brecha granítica associada a quartzo, bastante
alterada, proporcionando boas condições de permeabilidade.
Apresenta uma espessura que varia de 3 a 6 metros, sendo intersectada por diversos sistemas
de fracturas, em particular na transição entre Castelejo I e Castelejo II.
•
N70º-75ºW; 70ºN
Falha presente no Céu Aberto I e que materializa o vale de Castelejo. Tratando-se de zona
estrutural encontra-se-lhe associada fracturação secundária.
•
N25º-60ºW; Sub-vertical
Sistema maioritariamente constituído por diaclases, que se relaciona com maior expressão
com as duas direcções de mineralização anteriormente referidas, dando lugar a alterações da
rocha, por vezes com alguma importância, por lixiviação natural.
Este sistema deverá direccionar as águas pluviais e de infiltração para o vale de Castelejo,
situado aproximadamente 300 metros a Norte de ambos os Céus Abertos.
Para além das direcções de fracturação atrás referidas, existem ainda as seguintes direcções de
diaclasamento, sem movimentação aparente ou com pequena movimentação e exibindo
alguma abertura superficial:
•
•
N75ºE e N85ºW; Sub-vertical
N10º-25ºE; Sub-vertical
São alinhamentos com intervalos da ordem do metro, sendo os acima indicados os mais
frequentes.
Sintetizando, a estrutura regional mineralizada e originalmente objecto de exploração
apresenta características – forte alteração e desagregação do material - que permitem supor
tratar-se de um eixo de infiltração profunda.
As falhas N70º-75ºW e N20º-25ºW cortam a estrutura anterior, colectando e direccionando as
águas pluviais e de infiltração para o vale de Castelejo.
De acordo com a maior ou menor abertura das diaclases presentes, assim as mesmas
funcionarão, ou não, como transmissoras de água, quer em profundidade, quer dando lugar a
exsurgências.
75
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Parece ser através das direcções N70º-75ºW e N20ºE que se processa a recarga do sistema
aquífero, podendo as mesmas descrever-se como zonas abatidas preenchidas com granito
muito alterado.
Quanto à localização dos furos/piezómetros, os mesmos encontram-se distribuídos de acordo
com a descrição seguinte:
- F1/F2, par piezométrico situado sobre a estrutura mineralizada (aproximadamente N60ºE) a
NE de Castelejo I (Céu Aberto I);
- F3, piezómetro situado sobre a intersecção das direcções N60ºE e N75ºW, 250 m a SE de
Castelejo I;
- F5/F6, par piezométrico situado sobre a estrutura mineralizada (aproximadamente N60ºE) a
SW de Castelejo II (Céu Aberto II);
- F10, piezómetro situado sobre fractura de direcção N20ºE, cerca de 500 m a NW de
Castelejo II, antes do cruzamento com o vale de Castelejo;
- PP1/PP1A, par piezométrico situado sobre a intersecção das direcções N20ºE e N75ºW,
cerca de 400 m a NW de Castelejo II;
- PP2/PP2A, par piezométrico situado sobre a direcção N60ºE, a SW de Castelejo II;
6.2. A influência da tectónica recente na circulação fissural na mina de Castelejo
A teoria simplificada de Anderson (1951) baseada no critério de ruptura de Coulomb-Navier,
considera as tensões de corte ou cisalhantes à superfície terrestre como nulas. Nestes termos,
deverá uma das tensões principais ser normal (vertical) à superfície terrestre, sendo-lhe as
duas restantes paralelas (horizontais), o que origina a ocorrência dos seguintes tipos de falhas:
- Falhas normais, se a tensão compressiva máxima (σ1) for vertical;
- Falhas inversas, se a tensão compressiva mínima (σ3) for vertical;
- Desligamentos, se a tensão compressiva média (σ2) for vertical, situação que se ilustra na
Figura 6-7;
Figura 6-7 – Falha de desligamento, segundo Anderson, 1951.
Em baixo representa-se em projecção estereográfica (hemisfério inferior).
76
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Como resultado da actuação dos campos de tensão de idade mais recente sobre as rochas,
verifica-se a geração de novas estruturas frágeis ou suscita-se a reactivação de estruturas préexistentes. Os fenómenos referidos deverão desta forma controlar a magnitude de abertura das
fracturas e, por isso, a circulação de água no meio fracturado (Fernandes, 2001).
A deformação frágil produz fracturação através de dois processos principais – extensão e
cisalhamento. As fracturas de cisalhamento ocorrem normalmente como pares conjugados e
as fracturas de extensão bissectam o ângulo agudo que as primeiras fazem entre si.
As fracturas de extensão orientam-se paralelamente à tensão compressiva máxima (σ1) e
perpendicularmente à tensão compressiva mínima (σ3).
A Figura 6-8 ilustra o campo de tensões e a posição espacial das fracturas de extensão e
cisalhamento (falhas) originadas por um regime tectónico de desligamento.
Fractura de cisalhamento
Fractura de extensão
Figura 6-8 – Orientação da tensão e tipos de fracturas originadas por tectónica de desligamento.
Tanto as falhas como as fracturas de extensão são constituídos por planos verticais ou subverticais.
As fracturas de extensão tendem a exibir aberturas mais largas do que as exibidas pelas
fracturas de cisalhamento, o que faz com que o escoamento da água subterrânea se processe
preferencialmente ao longo das fracturas de extensão.
Uma vez que a circulação superficial e subsuperficial na zona em estudo é estruturalmente
condicionada pela intensa fracturação existente na zona, impunha-se proceder à sua
caracterização.
As trajectórias de tensão no território continental português no período neotectónico, ou seja,
no período compreendido nos últimos 2 MA (isto é, desde o Pliocénico terminal até à
actualidade) inferidas a partir de diversos dados de natureza geológica e geofísica, apontam
no sentido de a tensão compressiva máxima horizontal (σ1) se orientar no interior do território
segundo NNW-SSE a NW-SE (Cabral,1985).
Como consequência de um processo de reactivação da fracturação pré-existente por acção de
um campo de tensões, pode dizer-se que as falhas activas se ordenam no território do
continente de acordo com orientações Hercínicas. É, designadamente, o caso de falhas de
desligamento originadas no decurso do primeiro episódio de fracturação tardi-Hercínica
(Ribeiro et al., 1979) já abordadas no início do presente capítulo, afigurando-se usual que às
falhas de desligamento, em especial às de maior expressão, para além da componente de
movimentação horizontal, se associe igualmente alguma movimentação vertical, seja de
carácter normal ou inverso.
Nestes termos, suportado nos estudos desenvolvidos, particularmente nos mapas e tabela de
lineamentos antes apresentados, é possível elaborar um diagrama de rosa, com base no
comprimento total dos lineamentos, ao qual se encontra sobreposto um diagrama sumário
77
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
contendo a orientação das fracturas de extensão e cisalhamento desenvolvidas no período
neotectónico. (Figura 6-9).
σ1
σ3
Figura 6-9 – Diagrama de rosa, relativo ao comprimento total dos lineamentos, com orientação das
tensões principais e das fracturas de cisalhamento e extensão.
Deve notar-se a concordância existente entre o campo de tensões obtido a partir do traçado
dos mapas de lineamentos e do inferido a partir dos estudos neotectónicos descritos em
Cabral, 1985.
Da análise do diagrama da Figura 6-9 resulta que a direcção da tensão compressiva máxima,
σ1, bissecta a fracturação conjugada originada por cisalhamento, e corresponde à direcção em
que se desenvolvem fracturas de extensão, sendo perpendicular à tensão compressiva mínima,
σ3 .
A direcção de σ1, situada de NNW-SSE a NW-SE, em que se desenvolvem fracturas de
extensão, deverá ser aquela em que a água subterrânea circula com mais facilidade, uma vez
que as maiores aberturas das fracturas proporcionam um melhor escoamento.
78
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
7. Geomatemática
7.1. Introdução
Como foi referido anteriormente, entre 1979 e 1990 a exploração mineira ocorreu a partir de
duas cortas a céu aberto.
A partir de 1992, porém, a produção passou a efectuar-se a partir da lixiviação de minérios
pobres, provenientes tanto da própria mina do Castelejo, como de outras situadas nas
imediações, para cujo efeito se utilizou uma das cortas anteriormente referidas.
Para além de uma bacia de decantação destinada à recolha e tratamento de efluentes situada
no espaço afecto à área mineira, localizam-se actualmente nas cortas duas lagoas,
correspondentes ao preenchimento dos antigos espaços de mineração pela água da chuva e
reflectindo o nível freático local.
Na antiga corta assinalada na Figura 7-1 como Céu Aberto II (CIIA) teve lugar a lixiviação
ácida do minério pobre, com vista à recolha dos licores enriquecidos em urânio.
Foi também referido que a entidade responsável pela exploração, a então Empresa Nacional
de Urânio, monitoriza desde 1991 de uma forma mais ou menos regular diversos pontos de
água situados nas proximidades da mina do Castelejo.
Note-se igualmente que os dados recolhidos são de difícil tratamento, uma vez que são
desconhecidas as características geométricas dos piezómetros, bem como as profundidades de
captação.
Por outro lado, o modelo conceptual seguido no presente trabalho, comum a grande parte das
regiões graníticas, aponta no sentido de os dados recolhidos serem referentes a duas
realidades distintas - furos e poços - sendo de supor que interessam aquíferos, ou zonas dentro
de um mesmo aquífero, de características igualmente distintas. Assim, em termos ideais,
teremos:
- um aquífero poroso, localizado na zona superficial de alteração dos granitos, considerado
como aquífero livre, evidenciado pelas inúmeras zonas alagadas e captações superficiais
detectadas no campo;
- e um aquífero fissurado, localizado sob o primeiro, em zona mais ou menos profunda de
fracturação e alteração do maciço rochoso, interpretado como aquífero confinado.
7.2. Âmbito do estudo
Com vista à realização do estudo hidrogeológico do sítio mineiro em que o trabalho ora
apresentado se inscreve, foram disponibilizados pela ENU os resultados das análises das
amostras de águas recolhidas entre 1991 e 2005, nos diversos pontos de água seguidamente
referidos.
Os pontos de água, num total de 14, são constituídos por 6 furos (F01, F02, F03, F05, F06 e
F10), 5 poços (P01, P02, P03, P04 e P05), 2 cortas - Céu Aberto I (CIA) e Céu Aberto II
(CIIA) - e Efluente lançado (Ef_L) e distribuem-se por uma área aproximada de 1 Km2 - vide
Figura 7-1.
79
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
N
Y P02
#
F01
#
Y
P01
Y
#
F02
F10
Y
#
#P03
Y
Y P04
#
Ef_L
CIA
Y
#
F03
CIIA
F05
F06 #
Y
P05
Y
#
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
metros
1000 Meters
Figura 7-1 - Planta fotográfica da área em apreço.
Legenda: F-Furos, P-Poços. Rede viária, caminhos - vermelho; rede hidrográfica - azul.
(De notar a aparente sobreposição de F01/F02 e F05/F06,
devida às curtas distâncias que os separam).
As variáveis analisadas, num total de 13, são as seguintes:
- pH;
- Temperatura (ºC);
- Condutividade Eléctrica (μS/cm);
- U3O8 (ppm);
- SO4 (ppm);
- Fe (ppm);
- Ca (ppm);
- Ba (ppm);
- K (ppm);
- Mn (ppm)
- Na (ppm);
- Cl (ppm);
- Ra (Bq/l);
Neste trabalho utiliza-se uma técnica de Análise de Dados, a Análise em Componentes
Principais (ACP), visando obter para os dois conjuntos de anos hidrológicos estabelecidos
(1991-2001 e 2002-2005) um esboço da distribuição espacial das variáveis analisadas.
80
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
7.3. Completamento dos dados
Ao levar a cabo estudos de séries temporais, o autor confronta-se quase sempre com a grande
irregularidade por aquelas patenteada, quer seja pela falta de dados, quer pela sua não
simultaneidade.
No presente caso, a irregularidade dos dados de partida manifestava-se, quer através de
grandes espaçamentos temporais entre colheitas (ou também, e pelo contrário, através de
grande concentração de amostragens em curtos espaços de tempo) quer pelo facto de, na
maior parte dos casos, não serem analisados todos os elementos em simultâneo, para além da
falta de análises de alguns elementos maiores. Mas a grande dificuldade na obtenção de dados
que se pretendiam representativos das populações estudadas, residia sobretudo no facto
daqueles se encontrarem substancialmente truncados ou censurados, isto é, reportados como
não detectados – “non detects”, “less thans” ou “below detection limit” (Farnham et. al,
2002).
Era conhecido que, a partir de 2002, as análises de águas passaram a ser feitas num
laboratório distinto daquele que a elas procedeu até essa data. Esta mudança de laboratórios
teve consequências, tanto a nível dos métodos de análise utilizados, como quanto aos limites
de detecção, que sofreram alterações a partir de 2002.
Desta forma, foram efectuadas duas ACP’s, - sobre os dados relativos aos períodos 19912001 e 2002-2005 – para o que foram construídos dois ficheiros de partida. Cada ficheiro foi
construído com base nas médias de cada variável em cada local, no decurso do período
considerado. Havia, no entanto, que atribuir um valor a todas as variáveis que incorporassem
dados censurados. Algumas variáveis encontravam-se completamente censuradas, possuindo
outras valores abaixo de mais do que um limite de detecção.
Assim, com vista ao completamento das variáveis completamente censuradas foi utilizada
uma técnica de regressão múltipla, enquanto que relativamente às variáveis censuradas ou
multi-censuradas (com valores abaixo de mais do que um limite de detecção) foi utilizado o
método gráfico de probabilidade, cujas bases abaixo se expõem (USGS, Mdlwin, 2000).
7.3.1. Método gráfico de probabilidade
O método gráfico de probabilidade baseia-se no método da regressão estatística ordenada,
considerando múltiplos limites de detecção (Helsel, 1987; Singh & Nocerino, 2001; USGS,
2004; Helsel, 2006). O algoritmo pode descrever-se nos passos seguintes:
- Separação das observações em dois grupos - valores não detectados e valores detectados;
sendo:
m = nº de diferentes limites de detecção;
Aj = nº de observações detectadas acima do j-ésimo limite de detecção (j = 1,…, m) e abaixo
do limite de detecção imediatamente superior;
Bj = nº de observações detectadas e não detectadas abaixo do j-ésimo limite de detecção (j =
1,…, m);
81
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
pe,j = pe,j+1 + (Aj / [Aj + Bj])(1 - pe,j+1), e resolver iterativamente para j = m, m-1,…, 2, 1. Por
convenção, pe,m+1 = 0.
- Determinação de posições de projecção para as observações detectadas, p(i), de acordo com
p(i) = (1 - pe,j) + (pe,j - pe,j+1).r / (Aj + 1), onde r é o ordenamento da i-ésima observação acima
do j-ésimo limite de detecção.
- Atribuição de posições de projecção às observações não detectadas, pc(i), de acordo com
pc(i) = (1 - pe,j).r / (Cj + 1), onde r = 1,…, Cj. Cj é o número de valores não detectados de que
apenas se sabe serem menores do que o j-ésimo limite de detecção.
- Efectuar uma regressão linear simples utilizando apenas as observações detectadas. O
logaritmo natural das observações detectadas ( zi = ln (yi) ) é a variável dependente e o quantil
normal associado com a posição de projecção correspondente ( Φ-1 (p(i)) ) é a variável
independente.
- Utilizar a recta de regressão estimada ( zi = b0 + b1.Φ −1 ( pc(i )) ) a fim de preencher valores
estimados de logaritmos naturais para as observações não detectadas, baseados nos quantis
normais associados com as posições de projecção calculadas, pc(i).
- Calcular uma média do logaritmo natural ( μ ) e um desvio-padrão do logaritmo ( σ ) de todas
as observações (detectadas + preenchidas) utilizando as fórmulas que se seguem:
n
μ=
∑z
(Eq. 7-1)
n
n
σ=
i
i =1
∑ (z
i
− z)2
i =1
n −1
(Eq. 7-2)
Embora o método de determinação das posições de projecção, no caso de existirem vários
limites de detecção, pareça algo pesado, o processo de ajustamento de uma recta de regressão
a estatísticas ordenadas encontra-se bem estabelecido como método de determinação de
parâmetros de uma distribuição.
O método da regressão estatística ordenada utiliza as posições de projecção para espalhar as
observações não detectadas, em vez de simplesmente atribuir um valor arbitrário a cada
observação não detectada.
O método gráfico de probabilidade acima descrito, ainda que com ligeiras adaptações, é
semelhante ao método de Helsel e Cohn (Helsel and Cohn, 1988).
São necessárias pelo menos duas observações com vista à estimação de uma recta de
regressão, pelo que este procedimento não é útil quando exista apenas uma, ou não existam
observações detectadas.
82
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
7.3.2. Regressão linear múltipla
A regressão linear simples baseia-se nas relações entre duas variáveis - uma variável
dependente e uma variável independente. O método mais comum conduz à equação da recta
y = α + β xi + εi (Eq. 7-3)
sendo α e β constantes e εi o erro, ou seja, a variabilidade em y não explicada por x .
Quanto menor o erro, εi , melhor o modelo estabelecido explicará a relação entre as duas
variáveis.
Quando εi assume uma magnitude tal que é superior à explicação proporcionada pela variável
independente, outras variáveis devem sem introduzidas no modelo, a fim de melhor explicar o
comportamento da variável dependente. Encontramo-nos agora no domínio da regressão
linear múltipla, cujo modelo geral é dado pela equação 7-4:
y = α 0 + α1 x1i +
+ α m xmi + εi (Eq. 7-4)
Uma das mais importantes aplicações da regressão múltipla é a escolha, entre diversas
variáveis independentes, das mais eficazes na explicação do comportamento da variável
dependente.
Embora sejam possíveis diferentes abordagens, um dos métodos mais utilizados é o da
regressão passo a passo, tanto progressiva, como regressiva “forward stepwise regression” ou
“backward stepwise regression” (Williams, 2004).
A regressão progressiva ou com adição de variáveis, selecciona, passo a passo, do grupo de
variáveis independentes, aquela que mais contribui para o coeficiente de determinação, R2. A
análise termina quando mais nenhuma variável independente for admitida no modelo, pelo
facto da sua contribuição não ser estatisticamente significativa a determinado nível,
previamente definido.
A regressão regressiva ou com remoção de variáveis, funciona de modo inverso ao da
regressão progressiva. As variáveis independentes vão sendo removidas até que todas sejam
estatisticamente significativas a determinado nível, previamente definido.
Com vista ao completamento das variáveis analisadas neste estudo, foi utilizado o método de
regressão progressiva.
Após o preenchimento das lacunas inicialmente identificadas foram obtidas 2 matrizes (uma
relativa ao período 1991-2001 e outra referente ao período 2002-2005, vd. Tabelas 7-1 e 7-2)
de dimensões 14 x 13 (14 localizações x 13 variáveis).
De referir que, da matriz relativa aos anos 1991 a 2001, constam duas localizações (Bacia de
decantação e Efluente tratado) que foram eliminadas da matriz inicial da ACP, tendo apenas
sido utilizadas na estimação por regressão linear da variável Ra.
Irá agora passar-se em breve revista o fundamento teórico da metodologia utilizada.
83
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
1991-2001
pH
B.decantação
CIA
CIIA
Ef. lançado
Ef. tratado
Furo 1
Furo 10
Furo 2
Furo 3
Furo 5
Furo 6
Poço 1
Poço 2
Poço 3
Poço 4
Poço 5
9,79
7,65
4,48
8,37
9,90
6,91
6,19
7,06
6,75
6,54
6,49
5,54
5,60
5,79
5,82
5,92
Condut.
(mS/cm)
2588,62
321,68
2063,19
613,17
2663,20
432,14
208,02
263,08
255,11
242,72
246,79
422,54
366,63
85,15
83,36
85,87
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Temp
(ºC)
16,55
13,82
16,57
12,73
16,74
16,28
16,44
16,32
16,75
16,91
16,76
14,30
14,06
14,14
13,85
14,02
Ca
(ppm)
407,37
18,58
168,97
408,60
367,67
10,84
2,14
9,88
6,32
2,72
3,17
23,61
16,73
1,79
1,56
0,88
Mn
(ppm)
4,37
0,96
18,20
2,52
2,46
0,35
0,25
0,32
0,24
0,16
0,27
0,57
0,38
0,36
0,25
0,22
Na
(ppm)
16,83
12,61
14,32
39,55
15,02
24,94
13,20
19,77
9,30
12,25
12,62
11,13
7,27
4,99
5,26
4,90
U3O8
(ppm)
0,56
0,70
2,61
0,80
0,47
0,50
0,26
0,41
0,51
0,48
0,47
0,30
0,33
0,21
0,47
0,41
226
Ra
(Bq/l)
0,60
1,28
4,55
0,88
0,60
0,14
0,30
0,15
0,17
0,22
0,15
0,14
0,12
0,23
0,16
0,13
K
(ppm)
4,53
2,02
3,50
10,39
3,68
2,34
0,70
3,30
2,58
0,98
0,83
0,65
0,28
0,31
0,14
0,28
Cl(ppm)
41,94
24,21
46,53
33,20
47,92
32,04
9,46
29,57
17,57
22,87
22,84
44,42
32,05
25,42
24,08
14,78
SO4-2
(mg/l)
863,00
73,71
717,20
1051,00
702,90
85,00
53,03
80,66
57,05
67,78
68,77
86,51
29,65
20,49
25,84
17,05
Ba
(ppm)
0,26
0,22
0,12
0,53
0,23
0,10
0,24
0,11
0,12
0,14
0,18
0,12
0,18
0,16
0,19
0,19
Fe
(ppm)
0,18
0,23
3,62
0,42
0,16
0,35
0,43
0,31
0,39
0,50
1,27
0,19
0,20
0,46
0,23
0,20
Tabela 7-1 – Matriz inicial completa para ACP.
Estimação obtida através do método robusto de Helsel;
Estimação obtida por regressão linear;
Equação de regressão (estimadores CIIA (Efluente não tratado), Efluente tratado e Bacia de Decantação):
Ra = 1.1438 Fe + 0.405086117
Equação de regressão (estimadores Poço 1, Poço 2, Poço 3, Poço 4, Furo 10 e CIA):
SO4 = -414.7521 (1/Na) + 101.6341
84
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
2002-2005
CIIA
Ef. lançado
Furo 1
Furo 10
Furo 2
Furo 3
Furo 5
Furo 6
Poço 1
Poço 2
Poço 3
Poço 4
Poço 5
CIA
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
pH
Condut
Temp
Cl
Ca
SO4
Fe
Mn
Ra
K
Utot
Na
Ba
5,34
7,03
6,57
6,33
6,81
6,71
6,13
6,09
5,77
5,78
5,88
5,93
6,14
6,29
335,85
300,93
208,36
101,29
187,20
182,78
77,70
82,99
82,91
85,57
41,43
42,29
35,99
279,50
10,38
9,74
13,96
14,36
13,71
14,69
15,23
15,14
13,58
13,28
12,94
13,10
13,36
13,75
22,67
22,63
25,32
15,69
24,70
17,24
17,13
18,97
18,26
16,13
11,96
22,72
13,20
4,19
47,20
38,51
6,82
3,81
10,47
13,08
1,24
1,34
4,76
4,60
0,61
0,89
0,44
6,65
182,87
128,13
3,62
1,46
2,14
7,79
1,57
2,16
23,91
22,34
0,68
2,44
1,33
19,66
0,91
0,14
0,18
0,20
0,12
0,13
0,06
0,05
0,04
0,06
0,03
0,06
0,05
0,08
1,47
0,53
0,30
0,29
0,19
0,30
0,24
0,26
0,20
0,20
0,23
0,29
0,25
0,06
0,93
0,07
0,12
0,07
0,03
0,06
0,03
0,04
0,03
0,03
0,02
0,03
0,03
0,04
0,77
0,33
0,75
0,51
0,85
4,23
0,45
0,46
0,15
0,21
0,05
0,05
0,11
0,16
55,72
9,50
8,70
3,27
2,83
3,80
1,20
1,20
0,90
1,12
1,47
0,81
1,11
1,72
5,97
4,31
20,56
11,35
17,84
5,34
9,22
9,23
6,41
6,94
6,67
4,52
3,75
3,77
0,16
0,31
0,11
0,09
0,11
0,12
0,11
0,08
0,07
0,11
0,09
0,06
0,10
0,14
Tabela 7-2 – Matriz inicial completa para ACP.
Estimação obtida através do método robusto de Helsel;
Estimação obtida por regressão linear;
Equações de regressão (estimadores Poço 1, Poço 2, Poço 3, Poço 4 e Poço 5):
Na = -9.73139 pH - 0.15425 Cl + 65.62244
Utot = -0.05241 Cl + 1.944463
K = 0.004966 SO4 + 0.066138
Ba = -0.00439 Cl + 0.157979
85
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
7.4. Fundamentos da Análise em Componentes Principais
A Análise em Componentes Principais é uma técnica de análise multivariada de dados em que
os componentes principais são os vectores próprios (eigenvectors), também interpretados
como factores, de uma matriz de variância-covariância, ou de uma matriz de correlação
(Pereira, 1990). O objectivo da ACP é encontrar estes factores e quantificar as suas
magnitudes, dadas através dos valores próprios (eigenvalues) da matriz considerada.
Utilizá-la-emos porque se aplica a dados quantitativos (que são os de que dispomos) não
fazendo qualquer exigência relativamente à distribuição das variáveis iniciais, e permite
reduzir as dimensões do espaço inicial, dado pela matriz de partida de n=14 linhas por
p=13 colunas. É considerada, desta forma, a matriz como uma nuvem de 14 pontos em R13,
ou como uma nuvem de 13 pontos em R14 que interessa reduzir, a fim de que seja possível
tornar interpretáveis as relações entre os indivíduos e as propriedades, que não são
perceptíveis na fase actual.
A análise inicia-se em RP, sujeitando a Matriz de Partida, [X], de n=14 linhas x p=13 colunas,
e elemento genérico xij, a uma operação de ‘scaling’, através da qual se pretende obter uma
nova matriz, [Y], de elemento genérico yij, tal que
yi j =
xi j − x j
σj n
(Eq. 7-5)
A matriz de partida é submetida a este ‘scaling’ de correlação e não ao ‘scaling’ de variânciacovariância, uma vez que as variáveis que nos encontramos a analisar são de naturezas
diferentes. Esta nova matriz, [Y], assim obtida, tem igualmente dimensões n=14 x p=13.
Transpondo agora [Y], vamos obter [Y]′, de elemento genérico yji’, com dimensões p=13 x
n=14.
Pré-multiplicando [Y] por [Y]′, obteremos a menor matriz produto de [Y], ou seja, uma matriz
quadrada simétrica com dimensões p=13 x p=13, designada de matriz de correlação, [C].
A matriz de correlação, [C], de elemento genérico cjj’, tem como atributos possuir a diagonal
principal constituída por p=13 valores iguais a 1, apresentando os elementos não diagonais os
coeficientes de correlação entre as variáveis que se cruzam naquele local.
Assim, de uma matriz de partida de n linhas x p colunas de variáveis, extrai-se uma matriz de
variância-covariância ou de correlação de dimensões p x p.
Associadas a qualquer matriz quadrada, encontram-se duas grandezas que analisaremos de
seguida - os vectores próprios (eigenvectors) e os valores próprios (eigenvalues).
Atentando na equação
[C].[X]=λ[X] (Eq. 7-6)
vemos que ela expressa que a matriz dos coeficientes [C], vezes uma matriz de incógnitas
[X], é igual a uma constante λ, vezes essa matriz de incógnitas. Rescrevendo-a na forma
([ C ]−λ[Ι]) . [ X ] = [ 0 ] (Eq. 7-7)
a sua solução, admitindo que [X] é diferente de zero, terá que ser
det ([C]−λ[Ι])=0 (Eq. 7-8)
86
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Isto produz uma equação polinomial em λ que, numa matriz de dimensões p x p, será do pésimo grau, e terá p soluções. Estas soluções são os valores próprios da matriz [C].
Em seguida, substituímos cada valor próprio na matriz ([C]−λ[Ι]),
⎡ c 1 1 − λi
⎢
⎢ c 21
⎢
...
⎢
⎢⎣ c p 1
c12
c
22
c
− λi
...
...
...
...
p 2
...
⎤
⎥
c2 p
⎥
⎥
...
⎥
c pp − λ i ⎥⎦
c1
p
com i = 1 → p
e recorrendo a técnicas de inversão de matrizes obtemos os vectores próprios. Como existem
p valores próprios serão feitas nesta matriz p substituições, que produzirão p vectores
próprios.
As linhas de uma matriz podem ser entendidas como uma série de vectores num espaço αdimensional que definem eixos arbitrários de um elipsóide igualmente α-dimensional, cujo
centro se encontra na origem do sistema de coordenadas.
Os vectores próprios podem tomar-se como definindo as orientações dos eixos principais
desse elipsóide. Associados aos vectores próprios encontram-se os valores próprios
(eigenvalues) que representam as magnitudes de cada um dos semi-eixos principais.
Do facto de, tanto a matriz de variância-covariância como a matriz de correlação serem
simétricas, decorre, por um lado, que os vectores próprios são mutuamente ortogonais e, por
outro lado, que os valores próprios são reais.
Já que a soma dos valores próprios é sempre igual à soma dos elementos diagonais da
matriz, e os valores próprios representam as medidas dos semi-eixos principais, os eixos
representarão a variância total (ou inércia total, já que estamos a trabalhar com uma matriz de
correlação) da série de dados, contribuindo cada um para uma quantidade da inércia total
correspondente ao valor próprio a dividir pela soma dos elementos diagonais.
É esta propriedade que vai permitir reter os eixos significativos relativamente à percentagem
de explicação do fenómeno em estudo, por forma a que dele seja conseguida uma visualização
perceptível.
Fazendo uma transformação do tipo:
V1=a1X1+...+aiXi+...+apXp
V2=b1X1+...+biXi+...+bpXp
.
.
.
Vp=w1X1+...+wiXi+...+wpXp ,
em que V1, V2,..., Vp, representam os novos valores obtidos através da transformação, os
coeficientes ai representam os elementos do primeiro vector próprio, bi os elementos do
segundo vector próprio e wi os elementos do p-ésimo vector próprio, e Xi representam as p
variáveis (em observações originais no caso da matriz de variância-covariância, ou
padronizadas no caso da matriz de correlação), obteremos uma nova série de dados, com
inércias exactamente iguais aos correspondentes valores próprios.
87
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Então, utilizando os elementos do 1º vector próprio, a variância será igual ao 1º valor próprio,
utilizando os elementos do 2º vector próprio, a variância será igual ao 2º valor próprio, e
assim sucessivamente até ao p-ésimo vector próprio, o que produzirá uma variância igual ao
do p-ésimo valor próprio.
Cada observação foi assim convertida numa pontuação do componente principal,
projectando-a nos eixos principais. Os elementos dos vectores próprios usados nestes cálculos
designam-se por pesos dos componentes principais.
Embora o algoritmo empregue no presente trabalho (derivado da Escola Francesa de
Benzécri) seja algo diferente do acabado de expor (Escola Anglo-Saxónica), o que atrás ficou
dito sintetiza os diversos passos do método.
Para a concretização das análises, foi utilizado o software ANDAD (CVRM/IST, 1989-2002),
que efectua a ACP aos indivíduos e às propriedades, e permite que o ‘output’ gráfico final
seja o mesmo.
Do algoritmo resulta que o output gráfico final representa um círculo de raio unitário, pelo
que as propriedades - interpretadas em termos de correlações - têm que se encontrar
projectadas no seu interior, enquanto que os indivíduos, não estando sujeitos a este
constrangimento, apenas são tomados como sendo atraídos por aquelas.
A interpretação dos eixos é feita através das variáveis, tendo em atenção que, quanto mais
afastada estiver uma variável do centro do círculo, mais exacta será a sua representação no
plano factorial, e que, quanto mais próxima estiver uma variável de um eixo, mais este se
correlaciona com ela.
7.5. Resultados obtidos
Apresentam-se em seguida os resultados da ACP relativos a cada um dos dois períodos
considerados (Tabelas 7-3 a 7-6 e Figuras 7-2 e 7-3).
Para cada análise foi considerada suficientemente elucidativa a explicação obtida apenas com
recurso aos factores 1, 2, 3 e 4, tendo sido elaborados diferentes gráficos que os relacionam de
forma diversa (eixos 1 e 2, eixos 1 e 3, eixos 1 e 4, eixos 2 e 3, eixos 2 e 4, eixos 3 e 4).
1991-2001
pH
Cond
Temp
Ca
Mn
Na
U3O8
Ra
K
Cl
SO4
Ba
Fe
Eixo 1
0,115
-0,931
-0,005
-0,762
-0,896
-0,51
-0,91
-0,888
-0,65
-0,652
-0,884
-0,303
-0,804
Eixo 2
0,852
-0,341
-0,527
0,618
-0,425
0,714
-0,352
-0,361
0,716
-0,135
0,441
0,849
-0,521
Eixo 3
0,371
0,019
0,828
-0,098
-0,033
0,347
0,039
-0,035
0,175
-0,299
-0,031
-0,185
0,133
Eixo 4
0,037
0,052
0,038
-0,052
-0,1
0,264
-0,116
-0,161
0,057
0,676
-0,062
-0,343
-0,149
Tabela 7-3 – Resultados da ACP – Coordenadas das variáveis nos 4 primeiros eixos.
88
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Pode ver-se que:
1. No período compreendido entre 1991 e 2001 a percentagem de explicação associada aos 4
primeiros eixos é de 96.44 % da variabilidade total do fenómeno, sendo que o Eixo 1
contribui com 50.05 %, o Eixo 2 com 32.05 %, o Eixo 3 com 8.71 % e o Eixo 4 com 5.63 %.
Neste período (vd. Tabelas 7-3 e 7-4 e Figura 7-2) as variáveis parecem agrupar-se
aproximadamente de acordo com o seguinte padrão:
- Condutividade, Ca, Mn, U3O8, Ra, SO4 e Fe, associadas ao semi-eixo negativo do Eixo 1 –
Grupo A;
- pH, Na, K, Ba, associadas ao semi-eixo positivo do Eixo 2 - Grupo B;
- Temperatura, isolada, associada ao semi-eixo positivo do Eixo 3 - Grupo C;
- Cl, isolada, associada ao semi-eixo positivo do Eixo 4 - Grupo D;
Para além das tendências atrás enunciadas, uma observação cuidada da Tabela 7-3 permite
reconhecer que a variável Ca (grupo A) é igualmente atraída pelo Grupo B, que as variáveis
Na e K (Grupo B) são atraídas pelo Grupo A, que a variável Temperatura (grupo C) é
moderadamente atraída pelo semi-eixo negativo do Eixo 2 e que a variável Cl (Grupo D) é
atraída com igual intensidade pelo Grupo A.
Da análise da Tabela 7-4 e da Figura 7-2, verifica-se igualmente uma marcada tendência de
oposição entre furos e poços, facto que vem confirmar a concepção inicial da existência de
dois aquíferos na região em estudo.
1991-2001
CIA
CIIA
Ef_L
F01
F10
F02
F03
F05
F06
P01
P02
P03
P04
P05
Eixo 1
0,092
-2,131
-1,167
0,088
0,4
0,169
0,319
0,289
0,207
0,146
0,285
0,413
0,403
0,486
Eixo 2
0,23
-1,089
1,756
0,068
-0,012
0,1
-0,089
-0,148
-0,163
-0,185
-0,141
-0,157
-0,1
-0,071
Eixo 3
-0,093
-0,011
-0,085
0,342
0,258
0,34
0,352
0,31
0,296
-0,388
-0,391
-0,312
-0,363
-0,255
Eixo 4
-0,105
-0,088
-0,05
0,389
-0,385
0,291
-0,098
0,006
-0,074
0,488
0,111
-0,052
-0,117
-0,316
Tabela 7-4 – Resultados da ACP – Coordenadas dos indivíduos nos 4 primeiros eixos.
Assim:
- O Eixo 2 discrimina os Céus Abertos e o Efluente Lançado: o Céu Aberto I (CIA) e o
Efluente Lançado (Efl_) situam-se no semi-eixo positivo, enquanto que o Céu Aberto II
(CIIA) se situa no semi-eixo negativo;
- O Eixo 3 diferencia os furos dos poços: os furos encontram-se associados ao semi-eixo
positivo, encontrando-se os poços associados ao semi-eixo negativo;
89
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Ef_L
1.5
Eixo 2
Eixo 3
1.5
1
1
K
Temp
pH
Ba
Na
Ca
0.5
0.5
SO4
CIA
Fe
F02
F01
0
-1.5
pH
F03
F01
F02 F05
F06
F10
Na
Cl
-1
-0.5
Eixo 1
F10
F03P04P05
F05 P03 0.5
0 F06P02
P01
Ef_L
1
-1.5
1.5
U3O8
Cond
SO4
Mn
Ra
-1
K
Eixo 1
0
Ca
-0.5
Ba
CIA
0
1
1.5
P05
P03
P01 P02 P04
Cl
Cond
U3O8
Ra
Mn
Fe
0.5
-0.5
Temp
-0.5
-1
-1.5
-1.5
1.5
1.5
Eixo 4
Eixo 3
-1
1
1
Temp
Cl
P01
0.5
0.5
F01
Ef_L
-1.5
SO4 Ca
Mn
U3O8
-1 Ra Fe
-0.5
Eixo 1
1
1.5
-1.5
-1
0
-0.5
0
-0.5
-0.5
-1
-1
-1.5
-1.5
1.5
1.5
Eixo 4
Cl
P01
-1.5
-1
1.5
F01
F02
Mn
U3O8
Fe
-0.5 Ra
1
0.5
F01
CIIA
Ef_L
Ba
Cl
P01 0.5
F02
Na
Na
P02
F05
P03 0
F06
F03
P04
Ca
0.5
1
1
Temp Cond
CIA
SO4
P05
Cl
P03
P04
P01
P02
P05
F10
Ba
Eixo 2
U3O8
Cond
MnRa
CIIA
pH
K
Fe
P02
Temp pH
F05
0
F06 F03P03
CIA
P04
0
0.5
K
Na
Eixo 4
Cond
F03 F01
F02
F05
F06
F10
F02
Na
0
P05
F10
CIA
P02
Eixo 2
K pH
SO4
Ef_L
Ca
0.5
1
Ba
1.5
-1.5
-1
P03
P04
-0.5
K
Cond
pH
F05
0
Ef_L
Ca
SO4
F06
CIIA
F03
Mn
CIA
U3O8
Ra 0 Fe
P05Ba
Eixo 3
Temp
0.5
1
1.5
F10
-0.5
-0.5
-1
-1
-1.5
-1.5
Figura 7-2 - Análise em Componentes Principais – anos de 1991 a 2001.
(Percentagem de explicação associada aos 4 primeiros eixos = 96.44 %).
90
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
1.5
Eixo 2
Eixo 3
1.5
1
Ef_L
1
pH
Na
Ba
Cond
Cl
Ca
SO4
-1.5
F02
F03
0.5
K F01
Na
-0.5
Temp
K
Fe
Ra
Utot
Mn
F06
F03 F10
F05
pH P04
P01
Eixo 1
F10
F05
F06 0.5
0
Temp
1
1.5
-1.5
P02 P05
P01
P04
P03
Ra
F02
0.5
CIA
0
-1
Mn
Utot
Fe
F01
Cl
Ca
-1
SO4
0
Cond
-0.5
0
Eixo 1
0.5
P02
1
1.5
P03
P05
Ba
-0.5
-0.5
CIA
Ef_L
-1
-1.5
-1.5
1.5
1.5
Eixo 4
Eixo 3
-1
1
1
Na
F01
Cl
Na
F01 F02
P04
SO4
-1.5
Ca
Mn
Utot
Ra
-1Fe Cond
0
0
Eixo 1
0.5
1
1.5
-1.5
-1
-0.5
P02
P03
P05
CIA
Temp
K
Fe
RaUtot
F06
Mn F10
F05
P04
0
P01
CIIA
P01
P02
P03
P05
F06
pHF10 F05
Ba
-0.5
F02
0.5
Temp
0.5
Cl
Ef_L
F03
0
SO4
Eixo 2
pH
Cond
Ca
0.5
1
1.5
Ba
-0.5
-0.5
CIA
Ef_L
K
F03
-1
-1.5
-1.5
1.5
1.5
Eixo 4
Eixo 4
-1
1
1
0.5
0.5
Cl
Na
F01 F02
P04
-1.5
-1
P01
SO4
P03P02
P05F06
F10
0
Mn F05
Utot
Ra
CIIA -0.5
Fe
0
P02P01
SO4
P03
P05
F06
Ca0 pHF05F10
Mn
Utot
RaFe
CIIA
Cond 0
-0.5
Eixo 2
1
1.5
F01
Ba
pH
Cond 0.5
Na
F02
P04
Ba
Ca
Cl
Ef_L
Ef_L
-1.5
-1
Eixo 3
0.5
1
1.5
CIA
CIA
Temp
Temp
-0.5
-0.5
K
K
F03
F03
-1
-1
-1.5
-1.5
Figura 7-3 - Análise em Componentes Principais – anos de 2002 a 2005.
(Percentagem de explicação associada aos 4 primeiros eixos = 93.06 %).
91
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
As variáveis do Grupo A - Condutividade, Ca, Mn, U3O8, Ra, SO4 e Fe - associadas ao semieixo negativo do Eixo 1, traduzem a radioactividade existente na antiga exploração mineira –
reflectem ambiente de mina e a presença do granito ou do filão de quartzo mineralizado em
urânio.
Parecem igualmente evidenciar a presença de minerais ferromagnesianos dos granitos (e.g.
biotite) bem como as operações de tratamento efectuadas, quer com ácido sulfúrico (utilizado
para lixiviação do minério pobre e posterior recolha de licores) quer com leite de cal
(hidróxido de cálcio, Ca (OH)2 , utilizado com vista à neutralização do pH das águas
residuais).
A presença de Mn salienta a adsorção de rádio por parte do hidróxido daquele elemento.
As variáveis do Grupo B - pH, Na, K, Ba, associadas ao semi-eixo positivo do Eixo 2,
revelam a dissolução dos feldspatos e minerais ferromagnesianos dos granitos (Na, K),
enquanto que a associação pH/Ba evidencia a influência do pH no tratamento de efluentes
com cloreto de bário.
Este processo de tratamento de efluentes traduz-se, após neutralização prévia do pH, pela
adição de cloreto de bário, formando sulfato de bário, o qual precipita. O Ra substitui depois o
Ba, co-precipitando como Ba(Ra) SO4.
A variável do Grupo C - Temperatura, isolada, associada ao semi-eixo positivo do Eixo 3,
sem explicação definida, uma vez que a Temperatura se associa a diversos processos
químicos;
A variável do Grupo D - Cl, isolada, ligada ao semi-eixo positivo do Eixo 4, poderá
encontrar-se ligada à presença de apatite, Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) ou também ao tratamento com
adição de cloreto de bário.
2. No período compreendido entre 2002 e 2005, a percentagem de explicação associada aos 4
primeiros eixos é de 93.06 % da variabilidade total do fenómeno, sendo que o Eixo 1
contribui com 54.45 %, o Eixo 2 com 16.94 %, o Eixo 3 com 13.16 % e o Eixo 4 com 8.51 %.
Neste período (vd. Tabelas 7-5 e 7-6 e Figura 7-3) as variáveis parecem agrupar-se
aproximadamente de acordo com o seguinte padrão:
2002-2005
pH
Cond
Temp
Cl
Ca
SO4
Fe
Mn
Ra
K
Utot
Na
Ba
Eixo 1
0,195
-0,764
0,798
-0,363
-0,96
-0,968
-0,911
-0,946
-0,905
-0,069
-0,944
0,143
-0,607
Eixo 2
0,961
0,445
-0,105
0,292
0,243
0,018
-0,236
-0,228
-0,333
0,401
-0,236
0,32
0,623
Eixo 3
0,011
-0,048
0,386
0,635
-0,093
-0,196
0,264
0,15
0,214
0,3
0,191
0,807
-0,438
Eixo 4
-0,022
-0,139
-0,334
0,397
-0,016
0,076
-0,127
-0,041
-0,112
-0,815
-0,077
0,314
0,107
Tabela 7-5 – Resultados da ACP – Coordenadas das variáveis nos 4 primeiros eixos.
92
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
- Condutividade, Ca, Mn, U3O8, Ra, SO4 e Fe, associadas ao semi-eixo negativo do Eixo 1 –
Grupo E;
- Temperatura, isolada, associada ao semi-eixo positivo do Eixo 1 - Grupo F;
- pH e Ba, associadas ao semi-eixo positivo do Eixo 2 - Grupo G;
- Na e Cl, associadas ao semi-eixo positivo do Eixo 3 - Grupo H;
- K, isolada, associada ao semi-eixo negativo do Eixo 4 - Grupo I;
Para além das tendências atrás enunciadas, uma análise da Tabela 7-5 permite ainda
reconhecer que a variável Ba (grupo G) é atraída com idêntica intensidade pelo Grupo E.
Da observação da Tabela 7-6 e da Figura 7-3, verifica-se de novo uma marcada tendência de
oposição entre furos e poços.
2002-2005
CIIA
Ef_L
F01
F10
F02
F03
F05
F06
P01
P02
P03
P04
P05
CIA
Eixo 1
-2,359
-0,976
0,042
0,284
0,166
0,113
0,43
0,432
0,304
0,252
0,394
0,329
0,39
0,199
Eixo 2
-0,583
0,94
0,389
-0,059
0,519
0,493
-0,098
-0,154
-0,321
-0,251
-0,337
-0,326
-0,247
0,033
Eixo 3
0,229
-0,651
0,681
0,169
0,507
0,149
0,09
0,181
-0,054
-0,156
-0,25
0,018
-0,305
-0,608
Eixo 4
-0,125
0,349
0,244
-0,023
0,214
-0,898
-0,015
0,007
0,112
0,1
0,074
0,209
0,015
-0,263
Tabela 7-6 – Resultados da ACP – Coordenadas dos indivíduos nos 4 primeiros eixos.
Desta forma:
- O Eixo 2 discrimina os Céus Abertos e o Efluente Lançado: o Céu Aberto I (CIA) embora
apenas de forma ligeira, e o Efluente Lançado (Efl_) situam-se no semi-eixo positivo,
enquanto que o Céu Aberto II (CIIA) se situa no semi-eixo negativo;
- O Eixo 3 diferencia os furos dos poços: os furos encontram-se associados ao semi-eixo
positivo, encontrando-se os poços associados ao semi-eixo negativo;
As variáveis do Grupo E - Condutividade, Ca, Mn, U3O8, Ra, SO4 e Fe – encontram-se, tal
como anteriormente as do Grupo A, associadas ao semi-eixo negativo do Eixo 1, e traduzem a
radioactividade existente na antiga exploração mineira – reflectem ambiente de mina e a
presença do granito ou do filão de quartzo mineralizado em urânio.
Evidenciam igualmente a presença de minerais ferromagnesianos dos granitos (e.g. biotite)
bem como as operações de tratamento efectuadas, quer com ácido sulfúrico (utilizado para
lixiviação do minério pobre e posterior recolha de licores) quer com leite de cal (hidróxido de
cálcio, Ca (OH)2 , utilizado com vista à neutralização do pH das águas residuais).
Representam também o processo de tratamento de efluentes, traduzido pela adição de cloreto
93
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
de bário, formando sulfato de bário, que precipita. O Ra substitui depois o Ba, co-precipitando
como Ba(Ra) SO4.
Uma vez mais vem a presença de Mn salientar a adsorção de rádio por parte do hidróxido
daquele elemento.
A variável do Grupo F - Temperatura, isolada, associa-se ao semi-eixo positivo do Eixo 1,
parecendo opor-se aos anteriores processos químicos;
As variáveis do Grupo G - pH e Ba, associadas ao semi-eixo positivo do Eixo 2, revelam a
influência do pH no tratamento com cloreto de bário.
As variáveis do Grupo H – Na e Cl, associadas ao semi-eixo positivo do Eixo 3. O Na revela
dissolução dos feldspatos dos granitos. O Cl parece encontrar-se ligado à presença de apatite,
Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) ou cloro-apatite, Ca5(PO4)3Cl.
A variável do Grupo I – K, ligada ao semi-eixo negativo do Eixo 4, revela a dissolução dos
feldspatos e/ou minerais ferromagnesianos dos granitos.
7.6. Síntese
Nos dois períodos considerados (1991-2001 e 2002-2005) muito embora os grupos de
variáveis mantenham aproximadamente as estruturas anteriormente indicadas, altera-se a sua
ligação aos eixos. Assim (vd. Tabela 7-7):
- Tanto no período 1991-2001 como no período 2002-2005 que os Grupos A e E,
constituídos pelo núcleo de variáveis Condutividade, Ca, Mn, U3O8, Ra, SO4 e Fe, se
encontram associados ao semi-eixo negativo do Eixo 1, reflectindo ambiente de mina e a
presença da mineralização em urânio.
Ambos os Grupos revelam as operações de lixiviação efectuadas com ácido sulfúrico
(utilizado para lixiviação do minério pobre, com vista à recolha de licores de urânio).
Espelham igualmente a presença de minerais ferromagnesianos dos granitos (por exemplo,
anfíbolas ou biotite) os quais, através de processos de oxidação-redução, transformam o Fe2+
em Fe3+, dando seguidamente origem a outros minerais de ferro, como limonite, goethite ou
hematite.
- No período 1991-2001, o grupo constituído pelas variáveis pH, Na, K e Ba (Grupo B)
reflecte quer as operações de tratamento de efluentes, através do uso de leite de cal (hidróxido
de cálcio, Ca (OH)2, utilizado para neutralização do pH das águas residuais) quer a adição de
cloreto de bário, promovendo a formação de sulfato de bário, que precipita (o Ra substitui o
Ba, co-precipitando como Ba(Ra) SO4 ).
O Grupo B parece igualmente expressar fenómenos de dissolução incongruente dos minerais
silicatados (feldspatos), exemplificados através da reacção
NaAlSi3O8 + H+ +
Albite
9
1
H2O = Al2Si2O5(OH)4 + Na+ + 3Mg2+ + 2Si(OH)4
2
2
Caulinite
94
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Tabela 7-7 – Resultados da Análise em Componentes Principais: ligação das variáveis e indivíduos aos eixos.
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Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Já no período 2002-2005 apenas as variáveis pH e Ba (Grupo G) se associam ao mesmo
semi-eixo, reflectindo os fenómenos de tratamento de efluentes com leite de cal e adição de
cloreto de bário antes referidos.
Ainda neste período 2002-2005, também o Grupo I, constituído unicamente pela variável K,
é susceptível de traduzir a hidrólise do feldspato potássico, de acordo com a reacção
2KAlSi3O8 + 2H+ + 9H2O = 2K+ Al2Si2O5(OH)4 + 4H4SiO4
Feldspato potássico
(microclina, p.e.)
Caulinite
- No período 1991-2001, o Grupo C é constituído apenas pela variável Temperatura, que se
associada ao semi-eixo positivo do Eixo 3; no período 2002-2005, a variável Temperatura
continua isolada, embora agora se associe ao semi-eixo positivo do Eixo 1 - Grupo F,
parecendo indicar oposição com os fenómenos relacionados com o Grupo E;
- No período 1991-2001, o Grupo D, constituído pela variável Cl, que se associada ao semieixo positivo do Eixo 4, encontra-se relacionado com a presença de apatite,
Ca5(PO4)3(F,Cl,OH); já no período 2002-2005, o Grupo H, constituído pelas variáveis Na e
Cl, parece, para além da presença de apatite ou cloro-apatite, revelar igualmente dissolução
dos feldspatos dos granitos.
Da análise das Figuras 7-2 e 7-3 e das tabelas 7-3 a 7-7, verifica-se igualmente uma marcada
tendência de oposição entre furos e poços, facto que vem confirmar a concepção inicial da
existência de dois aquíferos na região em estudo.
Para além do referido, verifica-se também que:
- Os Grupo A e E se encontram normalmente associados ao Céu Aberto II (CIIA) e ao
Efluente Lançado (Efl_) – no Céu Aberto II teve lugar o processo de lixiviação ácida,
enquanto que o Efluente Lançado reflecte o tratamento efectuado.
- Os Grupos B e G se associam ao Efluente Lançado (Efl_) – o Efluente traduz os processos
de tratamento realizados;
- O Grupo H se liga ao Furo 1 – este Furo situa-se sobre o filão (a tecto do mesmo) podendo
reflectir tanto a ocorrência de apatite magmática, como hidrotermal;
- O Grupo I se relaciona com o Furo 3, espelhando o processo de hidrólise dos feldspatos
potássicos;
Embora não se encontrem ainda completamente esclarecidas as circunstâncias que presidiram
à mudança de comportamentos dos grupos de variáveis, uma vez que as alterações verificadas
nos dois períodos considerados não parecem ser substanciais, tal poderá dever-se tanto a uma
alteração das condições físico-químicas até aí prevalecentes no geo-sistema, como reflectir
uma modificação de resultados causada pela mudança de laboratórios e métodos analíticos
utilizados.
96
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
8. Escoamento e transporte
8.1. Introdução
Com vista a uma melhor caracterização hidrogeológica da área estudada, foi efectuado um
ensaio de traçagem, utilizando o método do gradiente natural.
Pretendia-se com este ensaio recolher dados que permitissem obter valores para alguns
parâmetros hidráulicos, como sejam o coeficiente de dispersão hidrodinâmica e os
coeficientes de dispersividade longitudinal e transversal.
O local onde o ensaio foi efectuado situa-se na caixa de falha ocupada pela ribeira de
Castelejo (Figura 2-9) e distribui-se localmente de acordo com a planta que se apresenta na
Figura 8-1, abaixo apresentada.
398900
F1
F2
398800
F10
PP1A
PP1
398700
P (m)
398600
F3
398500
PP2
398400
PP2A
F6
F5
398300
248600
248700
248800
248900
249000
249100
249200
249300
249400
249500
M (m)
Figura 8-1 – Localização dos furos/piezómetros existentes na mina de Castelejo.
(O triângulo assinalado corresponde ao local em que foi efectuado o ensaio de traçagem).
Para o ensaio de traçagem foram utilizados 4 furos, sendo que 3 deles constam da
configuração triangular acima representada.
Ainda que não fosse certo que o Furo 1 captasse o aquífero superficial, foi este utilizado como
furo de injecção do traçador, uma vez que apresentava profundidade ligeiramente maior do
que o Furo 2 e esse aspecto parecia assegurar a possibilidade de o traçador poder ser
transportado a maior distância; os furos PP1-A e F10, que parecem captar o aquífero livre
superficial, foram utilizados como furos de monitorização do ensaio. Embora não possuamos
logs litológicos dos furos utilizados na monitorização da água subterrânea da mina de
Castelejo (com excepção dos furos mais recentes PP1/PP1A e PP2/PP2A, dos quais
possuímos a descrição litológica) foi possível determinar com razoabilidade que os furos PP1A e F10 captam o aquífero livre superficial, com base na medição das suas profundidades e
em diversos logs litológicos, referentes a um conjunto de furos efectuados no âmbito do plano
de prospecção inicial da mina.
97
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Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
O Furo PP1, embora tenha sido utilizado como furo de monitorização, não foi utilizado na
triangulação por captar água pertencente ao aquífero inferior, isto é, água de um nível
aquífero subjacente ao nível aquífero superficial (ver Tabela AI-4).
8.2. Ensaio de traçagem
Com vista à implementação do ensaio de traçagem, utilizaram-se 3 fluorímetros de campo
GGUN-FL, produzidos pelo Grupo de Geomagnetismo do Instituto de Geologia da
Universidade de Neuchâtel (Schnegg 2002).
Idealmente, um traçador deverá ser uma substância não reactiva, transportada pela água à
velocidade desta, por forma a permitir extrair conclusões sobre o comportamento de
determinado sistema hidrológico ou hidrogeológico.
Diversos traçadores podiam utilizar-se no ensaio. Optámos por utilizar uranina, um corante
fluorescente, tendo em conta o seu custo, as suas características, a quantidade disponível e a
experiência anterior, tanto pessoal, como documentada, com este tipo de material.
A uranina ou fluoresceína sódica, de fórmula química C20 H10 Na2O5 , é um corante de
fluorescência verde, que se apresenta como pó avermelhado. Quando dissolvida em água, a
cor altera-se de vermelho para verde. Deve ter-se em consideração que a uranina é
fotodegradável, pelo que a dissolução deve realizar-se por forma a evitar contacto com a luz.
Procedeu-se à injecção de 762 g de uranina dissolvida em cerca de 30 l de água, através de
uma mangueira com 9,8 m de comprimento, na extremidade da qual se encontrava inserido
um funil destinado a facilitar a entrada da solução no furo (Figuras 8-3 a 8-5). Com vista a
satisfazer as necessidades de água – para dissolução e ajuda à injecção da uranina no furo - foi
requisitado um camião cisterna aos Bombeiros Voluntários de Gouveia (Figura 8-2)
debitando a cisterna um caudal estimado em cerca de 30 l/minuto.
Figura 8-2 – Camião-cisterna dos Bombeiros de Gouveia junto do local de traçagem.
98
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Figura 8-3 – Injecção de uranina no furo.
Figura 8-4 – Injecção de solução no furo, notando-se o seu sobre-enchimento.
A injecção efectuou-se de forma intermitente, i.e., foi feita de forma a que a solução se elevasse o mais
possível no funil, seguindo-se um período de repouso em que se aguardava a recuperação do nível, após o
que tinha lugar novo ciclo de injecção/repouso.
99
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Figura 8-5 – Injecção de água no furo, com vista a uma melhor dispersão do traçador.
O sentido do escoamento bem como o gradiente hidráulico foram determinados com base no
método de triangulação, sendo conhecidas as posições geográficas relativas dos furos, a
distância entre eles e o potencial total em cada furo (vd. Figura 8-6).
398850
F1
398840
hF1 = 423,93 m
398830
398820
P (m)
398810
637,5 m
500 m
398800
398790
F10
398780
150 m
hF10 = 384,70 m
398770
PP1A
hPP1A = 389,77 m
398760
248600
248700
248800
248900
249000
249100
249200
249300
249400
M (m)
Figura 8-6 – Disposição geral, distâncias e potenciais dos furos utilizados no método de triangulação.
Assim, as etapas em que se escalona o processo são:
100
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
- entre os 3 furos utilizados, identificação do furo que apresenta o potencial intermédio;
- cálculo da posição, sobre a recta que une o potencial maior ao potencial menor, em que o
potencial seja igual ao intermédio;
- unir através de uma recta a posição calculada anteriormente com a do furo de potencial
intermédio, representando esta recta uma linha de isopotencial ou isopieza;
- traçar uma perpendicular a esta recta, partindo do furo com maior potencial ou em direcção
ao furo com menor potencial, a qual representará a direcção do movimento da água
subterrânea;
- dividir a diferença entre o potencial do furo utilizado (neste caso, o de menor potencial,
veja-se a Figura 8-7) e o da isopieza, pela distância entre o furo e a isopieza, assim se obtendo
o gradiente hidráulico.
398850
423,93 m
398840
398830
398820
398810
Cálculo do gradiente hidráulico
555,11 m
398800
i=
389,77 m
389,77 - 384,70
dh
= 0,067
=
dl
75,43
398790
75,43 m
398780
384,70 m
398770
Direcção do escoamento
da água subterrânea
389,77 m
398760
248600
248700
248800
248900
249000
249100
249200
249300
249400
Figura 8-7 – Cálculo da direcção do escoamento e do gradiente hidráulico.
A injecção – vide Figuras 8-3, 8-4 e 8-5 - iniciou-se cerca das 14.00 h de 22/04/2008, tendo
sido dada por concluída próximo das 17.00 h. Embora tenha demorado aproximadamente 3
horas, o comportamento do nível da água - que foi registado de forma automática no decurso
do ensaio – foi interpretado como “slug-test”, isto é, a injecção foi interpretada como
instantânea.
O furo em que ocorreu a injecção (F1) situa-se sobre o filão de quartzo mineralizado com
urânio que foi objecto de exploração (ver Figuras 2-9 e 8-1). Encontra-se afastado cerca de
1,5 m do furo F2.
De facto, embora a construção destes furos/piezómetros tenha ocorrido há vários anos
aparentemente com o intuito de monitorizar a evolução dos níveis e da qualidade da água
subterrânea, sendo desconhecidas as suas características (salvo as susceptíveis de serem
objecto de medição ou as que nos foram transmitidas oralmente por antigos trabalhadores –
como sejam a profundidade dos ralos e as características do entubamento) F1 e F2 aparentam
constituir par piezométrico um do outro.
Contudo, não pareceria ser de afastar liminarmente a possibilidade de existência de ligação
hidráulica entre ambos, atendendo à sua proximidade.
101
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
A grande dificuldade de escoamento da água no furo F1 revelada desde o início da injecção
(ilustrada através da Figura 8-4) associada ao facto de em F2 não se verificar qualquer indício
de perturbação do meio aquífero - que se poderia materializar, quer pela presença de uranina
em F2, quer até por eventuais oscilações do nível freático decorrentes da injecção continuada,
embora de forma intermitente, de água em F1 – não viriam todavia a validar a possibilidade
de ligação hidráulica acima referida, ganhando força a possibilidade de F1 captar o aquífero
profundo e F2 o aquífero superficial, atendendo às suas profundidades.
A instalação dos fluorímetros nos furos/piezómetros processou-se de harmonia com as
características que se supunha que os mesmos possuíssem, às profundidades sucintamente
apresentadas na Tabela 8-1.
Piezómetro
F1
F2
PP1
PP1A
F10
Ralos
de (m)
1.5 (?)
1.5 (?)
28.5
3.0
1.5 (?)
até (m)
25.5 (?)
21.0 (?)
40.0
20.0
17.0 (?)
Prof. instalação
fluorímetro (m)
35.0
15.0
10.0
Prof. total
furo (m)
26
21.63
59.65
27.50
17.70
Tabela 8-1 – Características dos furos utilizados no ensaio de traçagem.
Apresentam-se igualmente as características de F2 devido à sua proximidade com F1, com o qual parece
constituir par piezométrico.
Embora a monitorização em contínuo aos fluorímetros instalados nos furos F10, PP1 e PP1A
tenha tido a duração aproximada de 3 meses (de 22/04/2008 a 18/07/2008) não foi possível
detectar qualquer vestígio de uranina em qualquer dos locais referidos.
Ainda surgiram algumas dúvidas quanto à interpretação de alguns picos observados,
coincidentes, de uranina e turbidez. No entanto, de acordo com o Dr. Pierre Schnegg, do
Grupo de Geomagnetismo da Universidade de Neuchâtel, Suíça, com quem tivemos a
oportunidade e o privilégio de trocar impressões, tais picos não corresponderiam realmente ao
aparecimento de uranina, uma vez que quando se observa uma correlação perfeita entre um
traçador e o parâmetro turbidez, na maioria das vezes não é realmente detectado traçador
algum; por outro lado, ainda, se não for detectado traçador num espaço de 6 semanas após a
injecção, dificilmente ele será detectado depois disso, ou a sua presença será difícil de
determinar em quantidades inferiores a 0,1 ppb (partes por bilião) devido à existência de
turbidez.
Para além das especificidades acima designadas, algumas razões que podem ser avançadas
relativamente ao fracasso do ensaio de traçagem relacionam-se com a distância existente entre
os furos de injecção e monitorização, com o facto do ensaio ter sido implementado com base
no método do gradiente natural - isto é, sem recurso a bombagem - e também com as
características litológicas e a heterogeneidade local dos terrenos ensaiados, que decisivamente
condicionam a sua permeabilidade.
A dificuldade de escoamento da água em F1, aliás patenteada desde o início da injecção como
atrás foi referido, viria a materializar-se no facto de, a partir da data de injecção (22/04/2008)
não ter sido possível proceder a colheitas de amostras naquele furo, em virtude das suas águas
se encontrarem impregnadas de uranina.
De facto, em todas as deslocações ao local a partir daquela data, efectuadas no fim de cada
semestre hidrológico (em 26/09/2008, em 26/03/2009 e em 25/09/2009) devido à existência
de uranina retida à superfície do furo, não foi efectuada amostragem. Nesta última data
procedeu-se à limpeza do furo, para o que se solicitou aos Bombeiros Voluntários de Gouveia
a deslocação ao local de um carro-tanque, com capacidade de 6000 l. O carro fez duas viagens
102
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
ao local tendo injectado cerca de 12 000 l de água no furo, sendo que, após a injecção, aquele
ainda apresentava vestígios de uranina (Figuras 8-8 a 8-11) .
Figura 8-8 – Carro-tanque dos Bombeiros de Gouveia utilizado na limpeza do furo de traçagem.
Figura 8-9 – Injecção de água, com vista à limpeza do furo de traçagem.
103
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Figura 8-10 – Injecção de água no furo.
Figura 8-11 – Injecção de água no furo (outra perspectiva).
104
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
A limpeza foi efectuada por injecção de água através de uma mangueira que foi colocada em
contacto com o fundo do furo, a fim de proporcionar uma maior desadsorção da uranina
presente nos materiais constituintes, quer do fundo, quer das paredes do furo.
Atente-se na proximidade dos furos F1 e F2 e também no facto de, apesar da limpeza de F1
ter ocorrido cerca de ano e meio após a injecção, ao longo de todo este tempo não terem sido
detectados vestígios de uranina em F2.
8.3. Slug-test
No furo utilizado com vista à injecção do traçador (F1) foi instalado um dispositivo de
medição automática do nível da água, tendo este começado a ser registado previamente à
injecção. Para tal, foi utilizada uma sonda WinSitu, que mede de forma automática o nível da
água e a sua recuperação dentro do furo, a intervalos de tempo pré-estabelecidos.
O automatismo deste tipo de medição, aplicado à subtracção ou injecção instantânea de um
volume conhecido de água no furo, faz com que os resultados sejam interpretados como
“slug-tests”, permitindo obter alguns parâmetros a partir da interpretação do ensaio.
Foi registado o comportamento do nível da água durante todo o período em que decorreu o
ensaio de traçagem. O registo começou ligeiramente antes e terminou imediatamente depois
de se ter dado como concluído o ensaio de traçagem.
0.5
nível da água (m)
0.0
18:28:48
18:14:24
18:00:00
17:45:36
17:31:12
17:16:48
17:02:24
16:48:00
16:33:36
16:19:12
16:04:48
15:50:24
15:36:00
15:21:36
15:07:12
14:52:48
14:38:24
14:24:00
14:09:36
13:55:12
13:40:48
13:26:24
O gráfico seguidamente apresentado ilustra a evolução temporal do nível da água durante o
período em que decorreu o ensaio.
t (h:m :s)
-0.5
-1.0
-1.5
-2.0
-2.5
-3.0
-3.5
-4.0
Figura 8-12 – Registo nível da água vs. tempo no furo de injecção (F1) no decurso do ensaio de traçagem.
O ensaio consistiu na injecção de uranina previamente dissolvida em água no furo F1.
Atendendo à grande dificuldade de recuperação do nível da água e à necessidade de introduzir
o máximo possível de solução no furo, a fim de maximizar as probabilidades de propagação
do traçador no subsolo, a injecção foi efectuada de forma intermitente. Desta forma, na
sequência de cada injecção o nível da água elevava-se até praticamente transbordar, tendo que
se esperar pela sua recuperação até proceder a nova injecção.
Nestas condições, cada um dos picos constantes do gráfico exibido na Figura 8-12 pode ser
representado como um “mini slug-test”. Na totalidade do ensaio acima reproduzido foram
eleitos 5 troços, que foram considerados como 5 “mini slug-tests”. Cada um dos 5 “slug-tests”
foi interpretado de acordo com o método de Hvorslev.
105
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
A Figura 8-13 ilustra a geometria de um piezómetro instalado num aquífero. No caso de um
piezómetro instalado numa unidade de baixa permeabilidade - ver Figura 8-13 (B) -, o raio da
zona de ralos, R , é tomado como o raio de todo o furo, incluindo o maciço filtrante, enquanto
que o comprimento da zona de ralos, Le , é considerado como o comprimento do maciço
filtrante.
(A)
(B)
r
r
Argamassa de cimento
Revestimento
Revestimento do furo
Zona de ralos
Zona de ralos
Le
Le
Areia
Maciço filtrante
Silte
R
R
Figura 8-13 – Adaptação do método de Hvorslev à disposição geométrica do piezómetro.
(adaptado de Fetter, 1994).
Como já foi referido, um “slug-test” consiste na adição ou subtracção instantânea de água a
um furo. O nível da água é medido antes e imediatamente após ter lugar a adição de água ao
furo. Os níveis são então medidos a intervalos espaçados, à medida que a recuperação se
aproxima do nível inicial da água (nível estático).
Consideremos a adição instantânea de água a um furo. A altura a que o nível da água se eleva
acima do nível estático imediatamente após a adição de água é h0. A altura do nível da água
acima do nível estático algum tempo, t, após a adição de água é h.
Se projectarmos h/h0 em função de t em papel semi-logarítmico, deveremos obteremos uma
recta de rebaixamento-tempo.
A Figura 8-14 ilustra a projecção h/h0 em função de t relativamente ao 1º troço interpretado.
1
h / h0
0.37
y = 1.0077e- 0.0008 x
T0
0.1
t ( s)
Figura 8-14 – Projecção do rebaixamento em função do tempo com aplicação ao método de Hvorslev.
106
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Considerando o comprimento do piezómetro maior do que 8 vezes o raio dos ralos
( Le R > 8 ) aplica-se a fórmula seguinte:
K=
r 2 ln ( Le R )
2 LeT0
(Eq. 8-1)
sendo
K - condutividade hidráulica [L/T];
r - raio do revestimento do furo [L];
R - raio dos ralos [L];
Le - comprimento dos ralos [L];
T0 - tempo que demora a recuperação do nível da água até este atingir 37 % da variação
inicial [T].
A Equação 8-1 é uma de entre várias apresentadas por Hvorslev para diferentes condições
piezométricas e do aquífero. No entanto, pode aplicar-se facilmente a condições de aquífero
livre e diversas configurações piezométricas em que o comprimento do piezómetro seja
substancialmente superior ao raio dos ralos do furo.
Nestes termos, extrai-se do gráfico que T0 = 1274,11 s. Por outro lado, sendo a altura do
furo = 26 m e o diâmetro do tubo = 0,09 m, segundo informação obtida junto de um antigo
trabalhador da ENU, deverão ser a altura dos ralos = 25 m, a altura do maciço filtrante = 25,5
m e o diâmetro do furo = 0,12 m. Assim,
r - 0,045 m
R - 0,06 m
Le - 25,5 m
T0 - 1274,11 s
Atribuindo aos parâmetros constantes da Equação os valores acima indicados, obtemos para a
condutividade hidráulica do 1º troço o valor K 1 ≈ 1,9 x 10-7 m.s-1, enquanto que a
condutividade hidráulica média dos 5 troços analisados apresenta valores na ordem de
K 1−5 ≈ 2,6 x 10-7 m.s-1. Encontramo-nos, pois, em presença de uma condutividade hidráulica
moderadamente baixa (Freeze & Cherry, 1979).
8.4. Temperatura
O ensaio de traçagem permitiu também monitorizar as temperaturas dos furos em que foram
instalados os fluorímetros.
Os dados relativos às temperaturas registadas nos fluorímetros instalados nos furos F10, PP1 e
PP1A são os constantes da Tabela 8-2.
107
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Temperatura da água
Média
Mediana
Moda
Desvio-padrão
Variância
Mínimo
Máximo
Total de medidas
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
F10
14.78193
14.77
14.77
0.031348
0.000983
14.64
14.91
62499
PP1
16.75725
16.76
16.76
0.00669
0.0000448
16.17
16.77
62481
PP1A
14.94798
14.95
14.94
0.024506
0.000601
14.6
15.11
62507
Tabela 8-2 – Estatísticos básicos referentes às temperaturas registadas nos fluorímetros.
As temperaturas constantes da Tabela 8-2 indiciam que os Furos 10 e PP1A captam água dum
nível aquífero diferente do captado através do Furo PP1.
A diferença de temperaturas evidenciada através dos resultados da Tabela 8-2 revela a
presença de dois níveis aquíferos distintos, correspondentes a um aquífero superficial detectado pelos fluorímetros instalados nos Furos 10 e PP1A – e um aquífero profundo,
subjacente ao primeiro, detectado pelo fluorímetro instalado no Furo PP1.
Embora, com base nas razões oportunamente apresentadas, a existência de dois níveis
aquíferos fosse previsível, os resultados agora obtidos permitem contudo estabelecer a zona
limite entre os dois aquíferos. De acordo com a interpretação dos “logs” de sondagem
relativos aos furos PP1 e PP1A, tal zona limite considera-se situada aproximadamente nos
28 m de profundidade.
Também as leituras dos níveis piezométricos relativas aos furos F10, PP1 e PP1A apontam no
sentido de que os furos F10 e PP1A se encontram situados no aquífero livre superior,
enquanto que o furo PP1 capta água do aquífero inferior, o qual apresenta carácter confinado,
ou localmente semi-confinado, e artesianismo.
8.5. Piezometria
Foram recolhidos dados relativos aos níveis da água subterrânea nos diversos
furos/piezómetros instalados nas imediações da mina do Castelejo e integrados no sistema de
monitorização da mesma, implementado pela administração da exploração.
Os dados por nós recolhidos nos diferentes piezómetros foram integrados com os dados
relativos à monitorização ambiental efectuada desde há vários anos pelos responsáveis pela
exploração. Pretende-se desta forma obter uma imagem, o mais fiel possível, da evolução
piezométrica da zona estudada ao longo do tempo.
8.5.1. Atenuação de dados – o método LOWESS
As ferramentas de atenuação de dados são normalmente utilizadas no sentido de revelar ou
realçar alguma tendência subjacente aos dados. Os dados deverão encontrar-se projectados
através de um gráfico de dispersão X-Y (ou nuvem de pontos -“scatterplot” ) revelando-se a
tendência através de uma linha que passa pelo seu centro, ajudando assim na interpretação da
linearidade ou alterações de declive verificadas.
108
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Existem diversos métodos que podem ser utilizados num processo de atenuação de dados.
O método que vamos utilizar designa-se de LOWESS (LOcally WEighted Scatterplot
Smoothing) e é um método de atenuação por regressão local (Cleveland, W., 1979, Cleveland,
W. & Loader, C., 1996).
Consiste no ajustamento de um número mínimo de 2n equações dos mínimos quadrados
ponderados - Weighted Least Squares, WLS (Helsel, D. & Hirsch, R., 1992).
∧
Em cada X 0 , um Y é calculado a partir de uma regressão WLS cujos pesos são uma função
tanto da distância a X 0 , como da magnitude do erro (resíduo) da regressão anterior (um
procedimento iterativo). Os pesos, wi, da regressão, são calculados através de (Equação 8-2):
wi = wxi • wri
(Eq. 8-2)
onde wxi, o ponderador de distância, é uma função da distância entre o centro da janela
∧
X i e todos os outros X . O ponderador dos resíduos, wri, é uma função de Yi − Yi , a
distância na direcção Y entre o Yi observado e o valor previsto a partir da equação WLS
anterior.
∧
Um ponto receberá um peso pequeno e, portanto, terá pouca influência sobre o atenuado Y ,
se estiver longe do centro da janela na direcção X ou tiver um grande resíduo na direcção Y .
A medida de quão rapidamente os pesos diminuem com o aumento das distâncias nas
direcções X e Y é determinada pela função de ponderação. Para um ponto ( X i , Yi ) , o
ponderador biquadrado (“bisquare weight”) é dado por (Equações 8-3 a 8-6):
⎧(1 − ui 2 )2
wri = ⎨
0
⎩
para ui ≤ 1
para ui > 1
(Eq. 8-3)
∧
ui =
sendo
Yi − Y i
vi =
(Eq. 8-4)
6 i mediana Yi − Y i
⎧(1 − vi 2 )2
wxi = ⎨
0
⎩
com
∧
para vi ≤ 1
para v i > 1
Xi − X
dX
(Eq. 8-5)
(Eq. 8-6)
onde d X corresponde a metade da largura da janela = m-ésima maior X i − X ;
m=N f ;
N = tamanho da amostra;
f = factor de atenuação especificado de início;
109
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
A atenuação do método LOWESS varia por efeito da alteração da largura da janela,
controlada pelo factor de atenuação, f . À medida que f aumenta,
∧ o tamanho da janela
também aumenta e mais pontos influenciam a magnitude de Y . A selecção de um
parâmetro f adequado é determinada subjectivamente, de acordo com a finalidade a que se
destina a atenuação.
8.5.2. Atenuação das séries piezométricas
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Ago-09
Nov-09
No caso presente, ainda que com algumas alterações relativamente ao acima exposto,
designadamente em termos da função de ponderação utilizada, foi aplicado o método
LOWESS às séries piezométricas obtidas, tendo sido utilizado f = 70 % = 0.7 .
Representam-se seguidamente, para cada ponto de água, as evoluções piezométricas
verificadas nas datas indicadas. Para além da união dos pontos correspondentes às
piezometrias, projecta-se igualmente o operador LOWESS, no sentido de facilitar uma melhor
leitura das tendências apresentadas em cada um dos gráficos analisados.
0.00
-0.50
-1.00
-1.50
-2.00
-2.50
-3.00
-3.50
-4.00
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Nov-09
Figura 8-15 – Evolução do nível da água ao longo do tempo – Furo/Piezómetro F1.
(A encarnado sobrepõe-se a função de atenuação dada pela aplicação do método LOWESS à série original).
0.00
-0.50
-1.00
-1.50
-2.00
-2.50
-3.00
-3.50
-4.00
Figura 8-16 – Evolução do nível da água ao longo do tempo – Furo/Piezómetro F2.
(A encarnado sobrepõe-se a função de atenuação dada pela aplicação do método LOWESS à série original).
110
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
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0.00
-0.50
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Ago-09
Nov-09
Figura 8-17 – Evolução do nível da água ao longo do tempo – Furo/Piezómetro F3.
(A encarnado sobrepõe-se a função de atenuação dada pela aplicação do método LOWESS à série original).
0.00
-1.00
-2.00
-3.00
-4.00
-5.00
-6.00
-7.00
-8.00
-9.00
-10.00
-11.00
-12.00
-13.00
-14.00
-15.00
-16.00
-17.00
-18.00
-19.00
-20.00
-21.00
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Fev-09
Mai-09
Ago-09
Nov-09
Figura 8-18 – Evolução do nível da água ao longo do tempo – Furo/Piezómetro F5.
(A encarnado sobrepõe-se a função de atenuação dada pela aplicação do método LOWESS à série original).
0.00
-1.00
-2.00
-3.00
-4.00
-5.00
-6.00
-7.00
-8.00
-9.00
-10.00
-11.00
-12.00
-13.00
-14.00
-15.00
-16.00
-17.00
-18.00
-19.00
-20.00
-21.00
Figura 8-19 – Evolução do nível da água ao longo do tempo – Furo/Piezómetro F6.
(A encarnado sobrepõe-se a função de atenuação dada pela aplicação do método LOWESS à série original).
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Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
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0.00
-0.50
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-1.50
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-2.50
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-3.50
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Figura 8-20 – Evolução do nível da água ao longo do tempo – Furo/Piezómetro F10.
(A encarnado sobrepõe-se a função de atenuação dada pela aplicação do método LOWESS à série original).
1.00
0.00
-1.00
-2.00
-3.00
-4.00
-5.00
-6.00
-7.00
-8.00
-9.00
-10.00
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-14.00
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Figura 8-21 – Evolução do nível da água ao longo do tempo – Furo/Piezómetro PP1.
(A encarnado sobrepõe-se a função de atenuação dada pela aplicação do método LOWESS à série original).
1.00
0.00
-1.00
-2.00
-3.00
-4.00
-5.00
-6.00
-7.00
-8.00
-9.00
-10.00
-11.00
-12.00
-13.00
-14.00
-15.00
-16.00
Figura 8-22 – Evolução do nível da água ao longo do tempo – Furo/Piezómetro PP1A.
(A encarnado sobrepõe-se a função de atenuação dada pela aplicação do método LOWESS à série original).
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-1.00
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-10.00
-11.00
-12.00
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Figura 8-23 – Evolução do nível da água ao longo do tempo – Furo/Piezómetro PP2.
(A encarnado sobrepõe-se a função de atenuação dada pela aplicação do método LOWESS à série original).
1.00
0.00
-1.00
-2.00
-3.00
-4.00
-5.00
-6.00
-7.00
-8.00
-9.00
-10.00
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-12.00
-13.00
-14.00
-15.00
-16.00
-17.00
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Ago-09
Nov-09
Figura 8-24 – Evolução do nível da água ao longo do tempo – Furo/Piezómetro PP2A.
(A encarnado sobrepõe-se a função de atenuação dada pela aplicação do método LOWESS à série original).
0
-0.5
-1
-1.5
-2
-2.5
-3
-3.5
-4
Figura 8-25 – Evolução do nível da água ao longo do tempo - Poço P1.
(A encarnado sobrepõe-se a função de atenuação dada pela aplicação do método LOWESS à série original).
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Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
0
-0.5
-1
-1.5
-2
-2.5
-3
-3.5
-4
-4.5
Figura 8-26 – Evolução do nível da água ao longo do tempo - Poço P2.
(A encarnado sobrepõe-se a função de atenuação dada pela aplicação do método LOWESS à série original).
0
-0.5
-1
-1.5
-2
-2.5
-3
-3.5
-4
Figura 8-27 – Evolução do nível da água ao longo do tempo - Poço P3.
(A encarnado sobrepõe-se a função de atenuação dada pela aplicação do método LOWESS à série original).
0
-0.5
-1
-1.5
-2
-2.5
-3
-3.5
-4
Figura 8-28 – Evolução do nível da água ao longo do tempo - Poço P4.
(A encarnado sobrepõe-se a função de atenuação dada pela aplicação do método LOWESS à série original).
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Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
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Fev-09
Mai-09
Ago-09
Nov-09
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
0
-0.5
-1
-1.5
-2
-2.5
-3
-3.5
-4
Figura 8-29 – Evolução do nível da água ao longo do tempo - Poço P5.
(A encarnado sobrepõe-se a função de atenuação dada pela aplicação do método LOWESS à série original).
Os pontos de água tomados em consideração são os representados na Figura 5-1, os quais
englobam furos/piezómetros e poços. Embora o espaço temporal considerado nos furos
/piezómetros seja algo diferente do considerado nos poços (uma vez que, na generalidade, não
possuímos dados recentes referentes a poços) a quantidade de dados disponíveis permitiu
aplicar a função LOWESS também a estes últimos.
Vejamos agora qual a tendência verificada em cada um dos pontos de água considerados.
Quanto aos furos-piezómetros F1, F2, F3, F5, F6 e F10, todos evidenciam níveis máximos no
trimestre compreendido entre Outubro de 2002 e Dezembro de 2002. Pelo contrário, todos
reflectem níveis mínimos no trimestre compreendido entre Junho de 2005 e Setembro de
2005, traduzindo os efeitos da seca que então se fez sentir. A tendência por eles revelada, com
excepção de F5 e F6 que parecem apontar em sentido inverso, indica uma ligeira recuperação
dos níveis piezométricos.
Quanto aos furos-piezómetros recentemente construídos PP1-PP1A e PP2-PP2A, estes
evidenciam níveis mínimos no trimestre compreendido entre Dezembro de 2008 e Março de
2009, parecendo em seguida indicar tendência de recuperação.
Já os poços apresentam comportamento diverso do dos furos. Deve referir-se que os poços se
situam junto, ou no interior, dos principais eixos de escoamento das águas, a jusante das
instalações mineiras, variando as suas profundidades entre os 3 m e os 5.3 m. Na prática,
trata-se de escoamento superficial - ou subterrâneo, mas neste último caso muito próximo da
superfície.
Com efeito, os poços P1, P3, P4 e P5, parecem comportar-se de forma semelhante, atingindo
o nível mínimo no trimestre compreendido entre Junho de 2003 e Setembro de 2003, período
a partir do qual tendem a recuperar.
O poço P2, embora com ligeiras inversões mais ou menos pontuais, parece evidenciar uma
tendência algo sustentada de descida do nível da água.
115
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
8.6. Modelação
Antes de se ter dado início à exploração da mina de Castelejo, foram efectuadas diversos
trabalhos de prospecção preliminar, entre eles diversos furos, em ordem a apurar se uma
eventual exploração poderia assumir carácter economicamente rentável.
Apresenta-se na Figura 8-30 um mapa onde se localizam, não apenas esses furos, mas
também os actualmente utilizados na monitorização da água subterrânea, tanto os mais
antigos (F1, F2, F3, F5, F6 e F10) como os mais recentes (PP1, PP1-A, PP2 e PP2-A). Na
prospecção preliminar foram efectuados diversos furos inclinados, cuja projecção horizontal
se representa na Figura 8-30. O modelo conceptual adiante apresentado reflecte diversa
informação coligida a partir da interpretação dos logs de sondagem de alguns destes furos,
particularmente dos mais próximos do eixo F1/F2 – PP1/PP1A – F10.
98900
F1
F2
98850
6
98800
PP1A
F10
98750
PP1
15 5
98700
16 7
98650
14
98600
98550
3-R
4
Furo 2
3 1
P1 8
Furo 3
P3
P2
Furo 4
2
JEN 319
13
5-R
F3
2-R
98500
1-R
98450
49425
49375
49325
49275
49225
49175
49125
49075
49025
48975
48925
48875
48725
48675
98300
48825
98350
48775
4-R
12
PP2 19
10
PP2A
JEN 342
F6
JEN 308
9
F5
JEN 343
98400
Figura 8-30 – Furos efectuados no decurso dos trabalhos de caracterização prévia da mina de Castelejo.
(A encarnado representa-se a projecção horizontal dos furos inclinados).
8.6.1. Modelo conceptual do local
O modelo conceptual adoptado baseia-se na alteração do granito por meteorização física e
química, a qual poderá representar-se a partir dos esquemas apresentados na Figura 8-31.
Na etapa inicial, é induzida fracturação na rocha, tanto tectónica, como por descompressão, o
que permite a circulação de fluidos, desenvolvendo um processo de meteorização química.
[Figura 8-31 a)].
Após o alargamento das fracturas, em concorrência com processos de erosão diferencial, há
lugar à formação de diversos tipos de paisagens, que integram o modelado típico das regiões
graníticas – tor (torre), caos de blocos, areias graníticas [Figura 8-31 b)].
A situação da área mineira de Castelejo é típica do modelado granítico, agravada pelos
intensos processos tectónicos que fizeram sentir a sua influência, designadamente as falhas
116
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
a)
b)
Figura 8-31 – Processo de alteração e decomposição de um maciço granítico.
a) fase inicial; b) fase subsequente.
117
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Seia-Lousã, Manteigas-Vilariça-Bragança e Penacova-Régua-Verin (Figura 6-1), pelo que os
principais eixos de escoamento são vales de natureza tectónica, representando possantes
caixas de falha de enchimento areno-argiloso. Este tipo de paisagem, não só facilita a
circulação da água, como promove a sua infiltração.
De acordo com o modelo estabelecido, deverão desenvolver-se no local dois aquíferos:
- um superficial, livre, localizado nas zonas mais meteorizadas, capas de alteração dos
granitos e zonas de enchimento detrítico, correspondentes a caixas da falha;
- outro, profundo, confinado ou semi-confinado, localizado sob o primeiro, em que a
circulação se processará essencialmente através das fissuras do granito praticamente são.
A infiltração deverá constituir recarga do aquífero superficial, que se encontrará separado do
profundo através de uma ou mais camadas mais ou menos laminadas, mais ou menos
argilosas, que funcionam como aquitardo, ainda que pontualmente possa haver lugar a trocas
de águas entre os aquíferos. Com base nas diferenças registadas entre as temperaturas das
águas dos furos, obtidas no decurso do ensaio de traçagem, estima-se que o aquitardo se situe
a uma profundidade próxima dos 28 m, pelo menos na zona em que se situam os furos
PP1/PP1A, nos quais se fundamentam tais pressupostos.
Apresenta-se na Figura 8-32 a localização de todos os furos, tantos os actualmente utilizados
na monitorização, como os efectuados no âmbito dos trabalhos de prospecção preliminar da
área mineira, com indicação das cotas de boca e traçado de superfícies de iso-altitudes.
Easting (Feet)
49,000.0
48,800.0
49,200.0
6-F
F10
4-F
PP1-A
PP1
98,800.0
98,800.0
F1
F2
Cota de boca do furo:
460.0
1-F
3-F
8-F
15-F
5-F
7-F
16-F
445.0
2-F
440.0
3-R
98,600.0
Northing (Feet)
Northing (Feet)
98,600.0
13-F
455.0
450.0
14-F
F3
5-R
2-R
435.0
430.0
425.0
420.0
415.0
410.0
405.0
400.0
395.0
390.0
1-R
385.0
380.0
98,400.0
98,400.0
4-R
12-F
PP2
PP2-A
10-F
19-F
F6
F5
48,800.0
9-F
49,000.0
Easting (Feet)
49,200.0
Figura 8-32 – Mapa de localização dos furos e traçado de iso-altitudes das cotas de boca.
118
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Deve ter-se em atenção que as cotas de boca reflectem a antiga topografia existente no local,
pelo que alguns dos furos representados já não existem, uma vez que se situavam sobre os
actuais Céus Abertos, e outros não são visíveis, uma vez que se localizam sob escombreiras.
Na Figura 8-33 representa-se um mapa de localização dos furos referidos, assinalando-se a
direcção A’ - A, segundo a qual se traçou um corte geológico interpretativo, desenvolvido ao
longo do vale do Castelejo, principal eixo de escoamento da área mineira.
Easting (Feet)
49,000.0
49,200.0
6-F
A'
F10
4-F
PP1-A
PP1
1-F
3-F
8-F
15-F
5-F
7-F
16-F
Northing (Feet)
98,600.0
13-F
2-F
3-R
14-F
2-R
F1
F2
98,800.0
98,800.0
A
98,600.0
Northing (Feet)
48,800.0
F3
5-R
1-R
98,400.0
98,400.0
4-R
12-F
PP2
PP2-A
10-F
19-F
F6
F5
48,800.0
9-F
49,000.0
Easting (Feet)
49,200.0
Figura 8-33 – Mapa de localização dos furos e direcção do corte geológico interpretativo.
No corte geológico apresentado na Figura 8-34 representa-se o modelo conceptual relativo à
zona em estudo. O aquífero superior, entendido como aquífero livre, desenvolve-se na zona
superior, desde a superfície até aproximadamente 28 m de profundidade. A zona superior é
constituída por granito mais ou menos alterado, acompanhado de fracturação mais ou menos
intensa. O granito pode encontrar-se mais ou menos caulinizado, ou evidenciar forte grau de
alteração e apresentar-se desagregado ou fragmentado, ou sob a forma de areia ou areão
granítico. Pode igualmente apresentar-se esmagado, constituindo brecha de falha, ou
ferruginoso, indiciando circulação de água.
119
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
O aquífero inferior, entendido como confinado ou semi-confinado, desenvolve-se na zona
inferior, abaixo de 28 m de profundidade. A zona inferior é constituída por granito pouco
alterado ou praticamente são. Pode exibir fracturação mais ou menos intensa, devendo a
circulação da água processar-se essencialmente através das fracturas.
PP1-A
F10
F1
A’
A
440
430
420
410
400
390
380
370
360
350
0
100
Legenda:
200
300
Granito ± alterado,
± argiloso, areia /
areão granítico;
400
500
600
700
Granito praticamente
são;
Figura 8-34 – Corte geológico interpretativo segundo a direcção A’- A.
(sobreelevação ≈ 1.56 x)
O corte geológico apresentado na Figura 8-34 ilustra a situação verificada na área localizada
no Vale de Castelejo. A geometria do aquífero livre superficial na zona em que este apresenta
a sua maior espessura acompanha, deste modo, a topografia do Vale do Castelejo.
De notar que todos os furos representados se localizam sobre fracturas ou na sua intersecção,
facilitando a alteração do material, a infiltração da água e a circulação subterrânea:
•
•
•
F1 localiza-se sobre a direcção N60ºE, a que corresponde a estrutura mineralizada a
NE do Céu Aberto I;
PP1-A localiza-se sobre a intersecção das direcções N20ºE e N75ºW, a NW do Céu
Aberto II;
F10 localiza-se sobre a direcção N20ºE, a NW de Castelejo II.
O modelo conceptual aplicado à zona situada no Vale do Castelejo, aponta para que o
aquífero livre superficial, instalado na caixa de falha ali existente, apresente nesta zona uma
espessura próxima dos 28 m.
8.6.2. Modelo de escoamento e transporte
Devido ao acidentado da topografia e ao relevo exibido, o modelo conceptual apresentado na
Figura 8-34 apenas é aplicável à zona situada no Vale do Castelejo, local em que a espessura
indirectamente obtida para o aquífero livre superficial é maior, ocupando os primeiros 28 m
de profundidade da caixa de falha ali situada. Já em relação às colinas circundantes, a
espessura estimada aponta, como seria de esperar, para valores bastante mais modestos, da
ordem dos 3 m abaixo da superfície.
Por esta razão, foi decidido proceder à modelação de uma zona um pouco mais extensa da
área mineira, a fim de obter uma perspectiva alargada da situação hidrogeológica existente.
120
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
A modelação matemática foi desenvolvida através do conjunto de programas Visual Modflow
2.8 que integra módulos de modelação de escoamento – MODFLOW, e de rastreio de
partículas - MODPATH.
A área abrangida pelo modelo é a representada na Figura 8-35, tendo-se simulado as
condições hidrogeológicas para uma área com cerca de 2.825 Km2.
Figura 8-35 – Discretização da área estudada
O domínio foi discretizado numa malha de 40 linhas por 40 colunas, correspondendo a 1600
células quadradas, com 50 m de lado, o que equivale a uma área total de 4 Km2. A diferença
existente entre a área total (4 Km2) e a área modelada (2.825 Km2) corresponde a células
consideradas inactivas.
A modelação foi realizada em regime de equilíbrio durante um período de 20 anos, para o
modelo de escoamento e para o modelo de rastreio de partículas.
Simulou-se a existência de uma única camada “mista”, correspondente a um aquífero
superficial livre (correspondente ao instalado nos granitos meteorizados do Vale do Castelejo)
ou semi-confinado (correspondente ao localizado nas fracturas do granito), com uma
espessura variável, definindo-se a superfície a partir das cotas do terreno e localizando-se a
base na altitude de 330 m. A localização da base a 330 m permitiu obter para o aquífero uma
121
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
espessura máxima de 150 m e uma espessura mínima de 5 m, valores que se afiguram
razoáveis, face à simulação de uma única camada “mista”.
Assumiu-se que, tratando-se de um aquífero livre ou semi-confinado instalado em formações
permeáveis, a superfície freática acompanha de forma grosseira o modelado topográfico.
Reproduzem-se na Figura 8-36 as condições de fronteira utilizadas no modelo. A zona
modelada é constituída pelo interior de um polígono definido pelo cruzamento de duas
fronteiras do tipo River e duas fronteiras do tipo General Head Boundary (GHB).
A verde escuro (Figura 8-36) representam-se as células consideradas inactivas, constituídas
pelas células exteriores às fronteiras do tipo River.
Foram estabelecidas condições de fronteira do tipo General Head Boundary (a verde na
Figura 8-36) nas células que constituem os limites Este e Sul do modelo, respeitando as cotas
da superfície topográfica.
Figura 8-36 – Condições de fronteira utilizadas no modelo.
122
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Nas células que constituem os demais limites do modelo foram estabelecidas fronteiras do
tipo River (a azul na Figura 8-36). Assim, temos células do tipo River na fronteira NE,
correspondente ao Ribeiro do Paço e em toda a fronteira W, correspondente à linha de água
instalada no Vale de Arinta.
Foram ainda impostas condições de fronteira do tipo River nas células localizadas na linha de
água existente no Vale de Castelejo.
Todas as fronteiras do tipo River acompanham as cotas de base das linhas de água a que
respeitam.
Às células de fronteira foi atribuída uma condutância variável, entre 100 m2/dia e 500 m2/dia
(GHB e Rivers) representando a entrada, ou saída, de água no sistema através desses limites.
Não foram consideradas extracções do sistema aquífero, dado não se verificarem na zona em
apreço.
Considerou-se uma recarga directa, a partir da precipitação, de 70 mm/ano, o que representa
cerca de 10 % da precipitação média anual na região ( ≈ 692 mm/ano na estação de
Mesquitela, a mais próxima da zona estudada) valor considerado razoável face à litologia e
vegetação presentes.
8.6.2.1. Modelo de escoamento
Na Tabela 8-3 apresentam-se os valores dos parâmetros que permitiram ajustar o modelo às
condições conceptualizadas para o aquífero.
Parâmetros
Condutividade hidráulica horizontal, Kx = Ky (m/s)
Condutividade hidráulica vertical, Kz (m/s)
Armazenamento específico, Ss (1/m)
Cedência específica, Sy
Porosidade efectiva
Porosidade total
Valores
1 x 10-7
1 x 10-8
0.0001
0.1
0.1
0.2
Tabela 8-3 – Parâmetros utilizados na modelação.
Na Figura 8-37 apresentam-se os resultados da calibração do modelo, expressos através da
recta de calibração, dada pela projecção dos valores calculados face aos valores observados.
Os valores observados são relativos a Setembro de 2008.
A calibração permitiu, entre outros parâmetros, determinar a direcção do escoamento em toda
a área modelada, e em particular nas imediações da área mineira.
123
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Erro médio
0.42 m
Erro absoluto médio
5.88 m
Erro padrão de estimativa
3.36 m
Erro quadrático médio
6.74 m
Erro quadrático médio normalizado
9.98 %
372.7
Potenciais calculados (m)
392.7
412.7
432.7
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
372.7
392.7
412.7
Potenciais observados (m)
432.7
Figura 8-37 – Recta de calibração do modelo matemático.
Figura 8-38 – Escoamento subterrâneo na área modelada.
124
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
O modelo de fluxo assim obtido apresenta-se na Figura 8-38. Nesta figura, pode ver-se que o
fluxo segue aproximadamente a tendência geral da topografia, sendo que a principal direcção
de escoamento, a partir da antiga área mineira, se dirige para NW, no sentido do Vale de
Castelejo.
Indicam-se na Figura 8-38 os pontos de água utilizados na calibração, onde tiveram lugar as
medições de níveis e/ou amostragens efectuadas no decurso do presente trabalho.
Na Figura 8-38 representam-se igualmente os vectores velocidade da água, permitindo uma
melhor interpretação das direcções de escoamento na área estudada.
8.6.2.2. Modelo de transporte
Os dados obtidos através do modelo de escoamento foram seguidamente utilizados no módulo
de rastreio de partículas MODPATH.
Realizou-se a simulação da trajectória seguida por um contaminante conservativo, não
adsorvente ou reactivo, com origem no Céu Aberto II, local onde teve lugar o processo de
lixiviação ácida efectuada no sentido de recuperar o urânio lixiviado a partir do minério pobre
para ali transportado.
Figura 8-39 – Escoamento subterrâneo e trajectória das partículas na área modelada.
125
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Embora o contaminante em apreço seja o urânio, isto é, um metal não conservativo,
susceptível de sofrer adsorção na superfície de outras substâncias e também degradação
radioactiva (Fetter, 1993), o rastreio de partículas foi efectuado para um contaminante
conservativo, não adsorvente ou reactivo, uma vez que seria difícil reproduzir as condições de
campo, em que a propagação da contaminação parece ter-se processado essencialmente
através da fracturação existente nos granitos da área mineira e não em meio poroso, conforme
simulado pelo modelo. Por outro lado, tratando-se a injecção de contaminante de um processo
contínuo, são desconhecidas, tanto as concentrações iniciais, como as ainda presentes nos
poços de lixiviação do Céu Aberto II, tornando pouco rigorosas eventuais estimativas das
quantidades de urânio presentes no maciço rochoso ainda mobilizáveis.
Para uma simulação em regime de equilíbrio, pode ver-se a tendência do trajecto a efectuar
pelas partículas ao longo de intervalos de tempo sucessivamente crescentes. Na Figura 8-40
apresenta-se um corte longitudinal (N-S) da área mineira, que inclui o Furo PP1A e ilustra a
trajectória das partículas segundo esta direcção.
Figura 8-40 – Corte longitudinal (direcção N-S) ilustrando a trajectória das partículas na área modelada.
A trajectória das partículas segundo a direcção E-W é exibida na Figura 8-41, onde se
apresenta um corte transversal da área mineira que inclui os Furos PP1A e F10.
Figura 8-41 – Corte transversal (direcção E-W) ilustrando a trajectória das partículas na área modelada.
126
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
9. Comportamento químico do Urânio
9.1. Características químicas dos metais
Na Figura 9-1 representa-se a tabela periódica dos elementos. Todos os elementos são metais
(a branco) e metalóides (a azul), com excepção dos gases raros e do H, B, C, N, O, F, P, S, Cl,
Br, I e At (assinalados a rosa). Os metalóides são os Si, Ge, As, Se, Sb e Te.
O H exibe propriedades metálicas como ácido de Lewis (H+) e propriedades não-metálicas
como base de Lewis (H-) - as bases de Lewis funcionam como dadores de electrões e os
ácidos de Lewis como receptores de electrões (note-se que, segundo Brönsted, os ácidos são
dadores de protões).
Os Grupos IA e IIA, metais de “bloco s” (metais de “bloco s” são aqueles que pertencem aos
grupos cujos elementos possuem o electrão de mais alta energia na orbital s, sendo que as
orbitais s comportam até 2 electrões) formam catiões monovalentes (metais alcalinos) e
divalentes (metais alcalino-terrosos), no sentido de obterem a estrutura do gás raro que os
antecede.
Os Grupos IIIB até VIIB contêm os metais de “bloco p” (metais de “bloco p” são aqueles que
pertencem aos grupos cujos elementos possuem o electrão de mais alta energia na orbital p,
sendo que as orbitais p comportam até 6 electrões). Entre estes encontra-se o Al, o qual no
estado de oxidação Al3+, apresenta a configuração do Ne. A configuração do gás raro para
iões metálicos encontra-se associada a uma maior simetria esférica, que não é facilmente
deformada por campos eléctricos, pelo que estes funcionam quase como “esferas rígidas”.
Os elementos de transição têm entre 0 e 10 electrões de “bloco d” (metais de “bloco d” são
aqueles que pertencem aos grupos cujos elementos possuem o electrão de mais alta energia na
orbital d, sendo que as orbitais d comportam até 10 electrões). A primeira série de transição
vai do Sc (21) até ao Zn (30). A segunda vai do Y (39) até ao Cd (48). A terceira do La (57)
até ao Hg (80).
À medida que a primeira série de transição é atravessada, os 5 electrões (das orbitais d e s) do
Mn2+ representam uma tendência relativamente fraca para ligação covalente, como acontece
com o Zn2+ no fim da série. Geralmente, o carácter covalente das ligações aumenta da
esquerda para a direita nos metais de transição.
Os grupos de elementos que pertencem ao “bloco f” (metais de “bloco f” são aqueles que
pertencem aos grupos cujos elementos possuem o electrão de mais alta energia na orbital f,
sendo que as orbitais f comportam até 14 electrões) são todos metais da série de transição
interna. São os lantanídeos, que vão do La (57) até ao Lu (71), bem como os actinídeos, que
vão do Ac (89) até ao Lr (103). Os lantanídeos, com a sua capacidade para formar iões 3+,
evidenciam forte apetência pelo estabelecimento de ligações de carácter iónico e fraca
apetência por ligações de carácter covalente.
Os metais são libertados para a atmosfera, tanto em partículas, como em vapores, como
resultado da combustão de combustíveis fósseis (carvão, petróleo) e também, entre outras
causas, das indústrias associadas à metalurgia extractiva.
127
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Período
1
1s
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo
IA
IIA IIIA IVA VA VIA VIIA
1
H
Grupo
VIIIA
Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo
IB
IIB IIIB IVB
VB
VIB VIIB
0
2
He
2
2s 2p
3
Li
4
Be
5
B
6
C
7
N
8
O
9
F
10
Ne
3
3s 3p
11
Na
12
Mg
13
Al
14
Si
15
P
16
S
17
Cl
18
Ar
4
4s 3d 4p
19
K
20
Ca
21
Sc
22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
32
Ge
33
As
34
Se
35
Br
36
Kr
5
5s 4d 5p
37
Rb
38
Sr
39
Y
40
Zr
41
Nb
42
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
6
6s (4f) 5d 6p
55
Cs
56
Ba
57*
La
72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
81
Tl
82
Pb
83
Bi
84
Po
85
At
86
Rn
7
7s (5f) 6d
87
Fr
88
Ra
89**
Ac
*Lantanídeos
4f
58
Ce
59
Pr
60
Nd
61
Pm
62
Sm
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
71
Lu
**Actinídeos
5f
90
Th
91
Pa
92
U
93
Np
94
Pu
95
Am
96
Cm
97
Bk
98
Cf
99
Es
100
Fm
101
Md
102
No
103
Lr
Figura 9-1 – Tabela periódica dos elementos.
Legenda:
Metais
Metalóides
Não metais
128
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Os elementos são designados de atmófilos quando a massa transportada através da atmosfera
é superior à transportada através dos cursos de água. Muitos dos elementos atmófilos são
voláteis e têm óxidos metálicos de ponto de ebulição relativamente baixo. É sabido que os
metais de tipo-B – metais que apresentam estrutura “flexível”, de baixa electronegatividade e
alta polarizabilidade – podem ser metilados, isto é, admitir metilação ou adição de grupos
metil (CH3) e ser libertados na atmosfera como vapores.
Por outro lado, os metais de tipo-A – metais que apresentam estrutura “rígida”, de baixa
polarizabilidade, dispondo os electrões numa nuvem esférica cerrada em torno do núcleo e
formando catiões com tendência para gás raro – são designados de litófilos, uma vez que o
transporte da sua massa para os oceanos através dos rios ou outros cursos de água é superior
ao seu transporte através da atmosfera.
Foram efectuadas diversas avaliações das taxas de transferência de metais. Apesar de diversas
incertezas, foi possível concluir que os metais Cu, Zn, Ag, Sb, Sn, Hg e Pb (Tabela 9-1) são
os que potencialmente implicam mais riscos para o ambiente numa escala global ou regional.
Na tabela, a escala global deve ser entendida como aquela em que o efeito de perturbação
pode ser demonstrado, pelo menos em grandes extensões do hemisfério norte.
Escala de perturbação
Elemento
Ambientes de
diagnóstico
Mobilidade
Problemas
de saúde
Via de
propagação
crítica
Global
Regional
Local
Cu
(-)
+
+
A, Sd, W, So
v,s
E
F?
Zn
(-)
+
+
A, Sd, W, So
v,s
E
F
Ag
(-)
+
+
A, Sd, W
(v)
(+)
?
Sb
(-)
+
+
A, Sd
v,s
(+)
F, W, A ?
Sn
(-)
+
+
A, Sd, W
v,a
+a
F
Hg
(-)
+
+
A, Sd, Fish, So
v,a
+a
F, ( A )
Pb
+
+
+
A, Sd, I, W, H, So
v,a
+
F, A c
U
-
c
+
A, So, Gw
s
(+)
A, W
Tabela 9-1 – Perturbações dos ciclos geoquímicos dos metais pela sociedade.
Legenda:
Escala de perturbação:_ - sem perturbação; + perturbação significativa; c reforçada devido à mobilização
de materiais crustais (solo, pó);
Diagnósticos ambientais: A ar; Sd sedimentos (costeiros, de lago); W águas superficiais; Gw águas
subterrâneas; So solo; I carotes de gelo; H humanos; Fish peixes;
Mobilidade: v volátil; s solúvel; a móvel como espécie organo-metálica alquilada (com radicais alquilo);
Problemas de saúde: + tóxico em excesso; + a tóxico em excesso, apenas as formas organo-metálicas; a
móvel como espécie organo-metálica alquilada (com radicais alquilo); E essencial, mas tóxico em excesso;
Via de propagação crítica: F comida; W água; A ar; A c Exposição através do circuito mãos-boca crítica
em crianças; ? sem informação suficiente;
NOTA: Entre parêntesis assinalam-se as tendências obtidas com base em poucos dados.
129
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Quanto ao U, como metal de interesse para o presente estudo, pode ver-se que a influência
geográfica por si exercida se apresenta significativa a nível local, podendo regionalmente ser
reforçada devido à mobilização de materiais crustais. Os meios que funcionaram como
ambientes de diagnóstico foram o ar, o solo e a água subterrânea.
A mobilidade do U associa-se com a de um material solúvel, colocando, a nível de saúde,
problemas de excesso de toxicidade, embora os resultados se baseiem em poucos dados. As
suas vias de propagação críticas são o ar e a água.
No sentido de uma melhor compreensão das propriedades químicas dos sistemas aquáticos,
estes devem ser caracterizados em termos dos iões maiores, estado de oxidação-redução,
componentes ácido-base, iões menores, componentes complexantes, e superfícies de
adsorção.
A sedimentação de partículas, especialmente bio-orgânicas, desempenha um importante papel
na ligação e transferência de metais pesados para as águas mais profundas dos lagos e
oceanos, onde são parcialmente mineralizados e transformados em sedimentos. O ciclo de
partículas nos lagos e oceanos é fundamentalmente conduzido pela produção fotossintética de
plâncton. As superfícies biológicas são especialmente eficazes na limpeza de metais pesados,
provavelmente melhores do que as superfícies minerais.
O particionamento dos metais entre as partículas e a água é influenciada, por um lado, pela
afinidade do metal pela superfície da partícula e, por outro lado, pela especiação química do
metal na solução, isto é, pela sua afinidade pelos ligantes do soluto.
Nos oceanos e lagos, os efeitos das partículas na regulação dos iões metálicos é muito
pronunciada, porque a sedimentação contínua actua como uma correia de transmissão no
transporte dos elementos reactivos.
O particionamento dos metais e outros elementos reactivos entre as partículas e a água é o
parâmetro-chave no estabelecimento dos tempos de residência e da concentração residual
destes elementos nos lagos e oceanos.
9.1.1. Radioactividade
O núcleo do átomo é formado essencialmente por protões e neutrões. O número de protões no
núcleo designa-se por número atómico e é o responsável pela individualização dos diversos
elementos químicos existentes na natureza.
O número de neutrões no núcleo pode variar, uma vez que os mesmos não possuem carga
associada. No entanto, como têm massa, um mesmo elemento poderá apresentar massas
diferentes, de acordo com o número de neutrões que tenha no núcleo, sendo conhecidos por
isótopos os átomos dum mesmo elemento que possuem massas diferentes.
O urânio, que possui 92 protões no núcleo, existe na natureza sob a forma de 3 isótopos
diferentes:
- U 234, com 142 neutrões;
- U 235, com 143 neutrões;
- U 238, com 146 neutrões;
Há alguns anos, descobriu-se que alguns elementos pesados possuíam núcleos muito
energéticos, seja por excesso de partículas, seja por excesso de carga. Estes núcleos tendem a
estabilizar-se, emitindo partículas.
Existem vários processos de estabilização de um núcleo:
- Emissão de uma partícula alfa ( α )
130
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
As partículas alfa correspondem ao núcleo de hélio, isto é, a emissão de uma partícula α
corresponde à emissão de dois protões e dois neutrões, bem como da energia a eles associada.
- Emissão de uma partícula beta ( β )
Se existir no núcleo um excesso de neutrões sobre os protões, um neutrão converte-se num
protão e sucede-se a emissão de um electrão (partícula β ou partícula β negativa).
Se, pelo contrário, existir no núcleo um excesso de protões sobre os neutrões, um protão
converte-se num neutrão e sucede-se a emissão de uma partícula β positiva (positrão).
- Emissão de radiação gama ( γ )
Acontece normalmente após ter lugar a emissão de uma partícula alfa ou de uma partícula
beta, situação em que o núcleo emite o excesso de energia que ainda possui em forma de
radiação electromagnética, designada de radiação γ .
Unidade
Significado
Conversão
Bq (Becquerel)
Uma desintegração por segundo de um isótopo radioactivo
1 Bq = 27 pCi
Ci (Curie )
Actividade de 1 g de rádio: 3.7 x 1010 desintegrações
por segundo
1 Ci = 3.7 x 1010 Bq
pCi.l -1 (pico-Curie por litro)
Actividade específica de um isótopo radioactivo
medida na água
1 pCi.l -1 = 37 Bq.m-3
R (Roentgen)
Radiação requerida para produzir uma unidade de carga
electrostática num centímetro cúbico de ar seco
1 R.min -1 = 1 Ci
Dose de radiação = Efeitos biológicos da desintegração nuclear
1 Gy = 100 rad
Gy (Gray)
Dose de radiação absorvida, correspondente a 1 Joule de
radiação absorvida por kilograma de tecido
Sv (Sievert)
Dose de radiação absorvida medida em Gray multiplicada
por um factor de qualidade para o tipo de radiação e um
factor de ponderação para o tecido irradiado; unidade que
descreve os danos nos tecidos
1 Sv = 100 Rem
Rem
(Roentgens equivalent in
man)
Radiação ionizante igual aos danos nos seres humanos de um
Roentgen de raios-X de alta voltagem
1 Rem = 0.01 Sv
Rad (radiation absorbed
dose)
Dose absorvida de radiação por unidade de massa
1 Rad = 0.01 J.Kg -1
1 Gy = 1 J.Kg -1
Tabela 9-2 – Unidades de medida de radioactividade, dose de radiação e respectiva conversão.
131
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Os radioisótopos, isto é, núcleos instáveis de um mesmo elemento químico, com massas
diferentes, transformam-se uns nos outros de modo imprevisto, não sendo possível determinar
com exactidão em que momento determinado núcleo irá emitir radiação.
No entanto, atendendo à grande quantidade de átomos presentes numa amostra, é possível
prever qual a quantidade expectável de transformações por unidade de tempo, ou seja, a
actividade da amostra.
A actividade de uma amostra radioactiva mede-se nas unidades apresentadas na Tabela 9-2.
As transformações dos núcleos radioactivos processam-se no sentido de se irem obtendo
átomos sucessivamente mais estáveis ou, o que é o mesmo, átomos sucessivamente menos
instáveis.
Estas transformações sucessivas fazem parte de um processo conhecido como desintegração
ou decaimento radioactivo, transmitindo a ideia de uma diminuição gradual da massa e
actividade dos átomos.
O tempo necessário para que determinado elemento radioactivo reduza a metade a sua
actividade inicial, é designado por período de semi-vida desse elemento.
Desta forma, cada elemento decai emitindo radiação alfa, beta ou gama, transformando-se
noutro que repete o processo de decaimento, até que por fim se atinja uma configuração
estável.
Esta sequência de decaimento denomina-se de série radioactiva.
Na natureza, apenas existem três séries radioactivas naturais. São elas a série do Urânio, a
série do Actínio e a série do Tório.
A série do Actínio inicia-se, não com este elemento, mas sim com o 235U. Todas elas
terminam em isótopos estáveis do Chumbo, respectivamente, 206Pb, 207Pb e 208Pb.
Nas Figuras 9-2, 9-3 e 9-4 apresentam-se as cadeias de decaimento das famílias do
U e do 232Th.
235
238
U, do
132
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
238
9
92U (4,5x10 a)
α
β
234
234
234
91Pa (1 m)
5
92U (2,5x10 a)
90Th (24,1 d)
β
α
230
4
90Th (7,6x10 a)
α
226
3
88Ra (1,6x10 a)
α
222
86Rn (3,8 d)
α
218
84Po (3,05 m)
α
β
214
-8
84Po (1,64x10 s)
β
210
84Po (138 d)
82Pb (26,8 m)
83Bi (19,7 m)
α
β
210
214
214
210
83Bi (5 d)
82Pb (22 a)
β
α
206
82Pb (estável)
Figura 9-2 – Cadeia de decaimento do 238U, com indicação dos períodos de semi-vida (simplificada).
(termos inicial e final a encarnado, gás a azul, a - anos, d - dias, m - minutos, s - segundos).
133
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
235
6
92U (713x10 a)
α
231
231
3
91Pa (34,3x10 a)
90Th (25,6 h)
β
α
227
227
90Th (18,6 h)
89
Ac (22 a)
β
α
223
88Ra (11,2 d)
α
219
86Rn (3,9 s)
α
215
84Po (1,83x10
-6
s)
α
β
211
84Po (5,2x10
211
211
-1
α
207
82Pb (36,1 m)
83Bi (2,16 m)
s)
β
207
82Pb (estável)
81Tl (4.79 m)
β
Figura 9-3 – Cadeia de decaimento do 235U, com indicação dos períodos de semi-vida (simplificada).
(termos inicial e final a encarnado, gás a azul, a - anos, d - dias, h - horas, m - minutos, s - segundos).
134
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
232
90Th (1,4x10
10
a)
α
228
228
90Th (1,9 a)
228
89Ac (6,13 a)
β
β
α
88Ra (6,7 a)
224
88Ra (3,64 d)
α
220
86Rn (54,5 s)
α
216
84Po (1,5x10
-1
s)
α
β
212
82Pb (10,6 h)
83Bi (60,4 m)
α
208
212
212
-7
84Po (2,9x10 s)
β
208
82Pb (estável)
81Tl (3,1 m)
β
Figura 9-4 – Cadeia de decaimento do 232Th, com indicação dos períodos de semi-vida (simplificada).
(termos inicial e final a encarnado, gás a azul, a - anos, d - dias, h - horas, m - minutos, s - segundos).
Da análise das figuras vê-se que alguns elementos têm um período de semi-vida muito
elevado (são os casos dos primeiros termos de cada série, 238U, 235U e 232Th). Sendo a
proporção aproximada de U na natureza a que se segue, 238U=99.28 %, 235U=0.71 % e
234
U=0.006 %, explica-se assim por que razão existe uma percentagem tão baixa de 235U
relativamente ao 238U: como o 235U tem um período de semi-vida muito mais curto do que o
238
U, aquele decai muito mais rapidamente do que este, existindo, portanto, em muito menor
quantidade do que o segundo.
135
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
As mesmas razões justificam a ainda menor percentagem de
dois isótopos.
234
U relativamente aos outros
9.2. Geoquímica do Urânio
O urânio natural, o quarto membro dos actinídeos (figura 9-1) tem o número atómico 92 e
uma massa atómica de 238.04. É um metal pesado, com densidade de 18.9 g.cm-3, de cor
branco-prateado, com ponto de fusão de 1132 ºC e ponto de ebulição de 3818 ºC. Quando
finamente dividido, entra em combustão espontânea.
Os estados de oxidação variam do +2 até ao +6. Em solução aquosa, o catião UO22+ é a forma
mais estável.
As propriedades químicas do urânio são próximas das das terras raras (Sc, Y e lantanídeos).
Os seus óxidos são insolúveis em água e álcalis, mas dissolvem-se em ácidos.
O conteúdo de urânio de uma amostra pode determinar-se através de fluorometria,
espectometria alfa, activação neutrónica, micro-análise de raios-X com microscópio
electrónico de varrimento, espectrometria de massa e voltametria de redissolução catódica.
Todos os produtos de decaimento, com os seus relativamente curtos períodos de semi-vida
resultando em alta radioactividade específica (ou seja, alto número de decaimentos por
segundo e por unidade de massa) são melhor identificados e medidos através de
espectrometria alfa e gama. Quantidades muito reduzidas do gás 222Rn e dos seus produtos de
decaimento de vida curta podem determinar-se utilizando detectores de radiação.
A crosta terrestre contém cerca de 2.4 ppm de urânio, contendo a água do mar
aproximadamente de 1 a 3 ppb. As concentrações típicas de urânio variam entre 1 a 10 ppm
em arenitos, xistos ou calcários, enquanto que os granitos contêm até 15 ppm.
A solubilidade na água e, consequentemente o comportamento migratório do urânio na
litosfera e o seu potencial para a poluição da água, encontram-se fortemente dependentes da
presença de ligantes orgânicos e do seu estado de oxidação. O Urânio (IV) que se encontra
presente sob condições anóxicas tem uma solubilidade muito menor que o Urânio (VI).
A maior parte do urânio natural é extraído para fins de produção de energia em reactores de
fissão. Embora o urânio possua três isótopos naturais, para fins nucleares apenas o 235U
produz energia aproveitável, quando o núcleo se desintegra.
O urânio enriquecido ( 235U ) é utilizado para fins militares, quer em bombas de fissão, quer
para incendiar bombas de hidrogénio. Outras aplicações menores envolvem o uso de urânio
natural ou empobrecido para munições anti-blindado, lastro de naves, azulejos esmaltados ou
vidros coloridos.
Existem igualmente utilizações comerciais para os produtos do decaimento radioactivo do
urânio e do tório. O 226Ra utiliza-se na pintura de mostradores luminosos e em radioterapia no
tratamento de tumores. O filho deste, o 222Rn, que tem um período de semi-vida de 3.8 dias, é
utilizado, após selagem em tubos minúsculos designados de sementes ou agulhas, para
irradiação local em doentes.
9.2.1. Estados de oxidação
O Urânio pode existir, em ambientes aquosos, nos estados de oxidação +3, +4, +5 e +6.
136
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
O U (VI), ou seja o ião uranil, UO22+, e o U (IV) são os mais comuns estados de oxidação do
Urânio em ambientes naturais.
O Urânio existe no estado de oxidação +6 sob condições ambientais desde oxidantes até
moderadamente redutoras. O U (IV) é estável sob condições redutoras e é considerado
relativamente imóvel, uma vez que o U (IV) forma minerais pouco solúveis, como a uraninite,
UO2.
O U (III) dissolvido oxida-se facilmente para U (IV) e a espécie aquosa de U (V), UO2+, por
se tratar de uma espécie transitória, rapidamente se transforma para U (IV) e U (VI).
A redução do urânio de U (VI) para U (IV) por processos quer bióticos, quer abióticos, tem
recebido alguma atenção, porquanto o estado de oxidação do urânio tem considerável
importância na sua mobilidade nos fluxos de resíduos e no ambiente. Estes processos
encontram-se, de resto, na base de algumas tecnologias de remediação, bem como, aliás, a
redução microbiana de U (VI), que sugere um mecanismo potencial para a remoção de urânio
de águas e solos contaminados.
O U (VI) dissolvido tende a formar complexos com ligantes inorgânicos contendo oxigénio,
tais como o hidroxilo, o carbonato e o fosfato. O UO22+ hidrolisa-se para formar uma série de
complexos hidroxilo-aquosos, entre os quais se incluem o UO2OH+, (UO2)2(OH)22+,
(UO2)3(OH)5+ e UO2(OH)3-. Em sistemas aquosos em equilíbrio com o ar ou maior pCO2 e
com valores de pH de neutros a elevados, dominam os carbonato-complexos [UO2CO30 (aq),
UO2(CO3)22-, UO2(CO3)34-] mas com valores de pH menores predominam as espécies
hidrolisadas, à medida que a solubilidade do CO2 decresce.
O diagrama de Eh-pH apresentado na Figura 9-5 representa as espécies aquosas
predominantes calculadas para o urânio dissolvido a 25º C, com a concentração de urânio
dissolvido total de 1 x 10-8 mol/l, a concentração de carbonato dissolvido total de 1 x 10-3
mol/l e a concentração de fluoreto dissolvido total de 5 x 10-6 mol/l.
Figura 9-5 – Diagrama de Eh-pH exibindo as espécies aquosas predominantes de urânio
(diagrama calculado a 25ºC, com uma concentração total de urânio dissolvido de 1 x 10-8 mol/l).
(Adaptado de Krupka et al., 2004).
137
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
A especiação aquosa do U (VI) em águas contendo carbonato, com pH variando de quase
neutro a básico, é dominada por uma série de complexos carbonatados aniónicos aquosos
(vejam-se os já acima indicados UO2CO30 (aq), UO2(CO3)22- e UO2(CO3)34-).
Uma vez que os aniões não são facilmente adsorvidos à superfície dos minerais em condições
de pH básico, a formação de complexos carbonatados aniónicos de U (VI) com valores de pH
superiores a 6, resulta numa solubilidade acrescida do U (VI), num decréscimo da adsorção
do U (VI) e numa maior mobilidade por parte do urânio.
Complexos fosfato-UO2, tais como UO2HPO40 (aq) e UO2PO4- podem assumir alguma
importância em sistemas aquosos com pH entre 6 e 9, quando a taxa de concentração total
(PO43- / CO32-) ≥ 10-1.
Complexos com SO42-, F- e eventualmente Cl-, são espécies potencialmente importantes de
U(VI) quando as concentrações destes aniões são elevadas, mas a sua estabilidade é
consideravelmente menor do que a dos complexos de fosfato e carbonato.
Sob condições redutoras, a especiação do U (IV) é dominada pela espécie neutra U(OH)40(aq)
com valores de pH superiores a 2. A complexação do U (IV) com ácidos húmicos e fúlvicos
naturais tem sido sugerida como um processo importante. Assim, o U (IV) formaria
complexos orgânicos estáveis, aumentando a solubilidade do U (IV). Em geral, as espécies de
U (IV) formam complexos orgânicos mais fortes do que as espécies de U (VI).
Se as condições de campo se tornarem suficientemente redutoras para que o U (IV) seja
mantido dissolvido neste estado de oxidação, o U (IV) precipitará na forma de um mineral
moderadamente solúvel, como a uraninite, UO2. Nestas condições, o urânio será considerado
relativamente imóvel. A Figura 9-6 reproduz o diagrama de Eh-pH da figura 9-5, mostrando a
região em que a uraninite se encontra em estado de sobressaturação (representada em cor
creme) para uma concentração total de urânio dissolvido de 1 x 10-8 mol/l.
Figura 9-6 – Diagrama de Eh-pH exibindo a região (de cor creme) de sobressaturação da uraninite (UO2)
(diagrama calculado a 25ºC, com uma concentração total de urânio dissolvido de 1 x 10-8 mol/l).
(Adaptado de Krupka et al., 2004).
138
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Em sistemas geológicos representados por estas condições de Eh-pH, a uraninite pode
precipitar e limitar a concentração máxima de urânio dissolvido a 1 x 10-8 mol/l, ou menos,
nestes sedimentos.
O U (IV) representa o estado de oxidação menos solúvel e menos móvel do urânio. Pelo
contrário, o U (VI) representa a sua forma mais solúvel e mais móvel. Como consequência, se
existir oxigénio disponível, tanto dissolvido, como na forma gasosa, o U4+ pode ser oxidado
para U6+ e o urânio dissolver-se-á na água como ião uranil, UO22+.
A dissolução oxidativa do urânio obtém-se através de uma sequência de reacções químicas,
que se apresentam seguidamente de forma simplificada (Lottermoser, 2003):
2 UO2 (s) + 4 H+(aq) + O2 (g) → 2 UO22+(aq) + 2 H2O (l) (Reacção 9-1)
A oxidação dos minerais de U4+ [uraninite, UO2, coffinite, U(SiO4)1-x (OH)4x, brannerite,
(U,Ca, Y, Ce) (Ti, Fe)2 O6, pechblenda, UO2] pode também obter-se por intermédio do
oxidante Fe3+. A produção de Fe3+ é possível através da oxidação indirecta de sulfuretos de
ferro existentes nos resíduos:
4 FeS2 (s) + 14 O2 (g) + 4 H2O (l) → 4 Fe2+(aq) + 8 H+(aq) + 8 SO42-(aq) + energia (Reacção 9-2)
4 Fe2+(aq) + 4 H+(aq) + O2 (g) → 4 Fe3+(aq) + 2 H2O (l) + energia
(Reacção 9-3)
FeS2 (s) + 14 Fe3+(aq) + 8 H2O (l) → 15 Fe2+(aq) + 16 H+(aq) + 2 SO42-(aq) + energia (Reacção 9-4)
Num primeiro passo (reacção 9-2) a pirite reage com oxigénio e água, para produzir Fe2+
dissolvido, sulfato e iões hidrogénio. A libertação do hidrogénio com o sulfato resulta numa
solução ácida, a menos que ocorram outras reacções que neutralizem os iões hidrogénio.
Num segundo passo (reacção 9-3) o Fe2+ é oxidado para Fe3+, o que acontece a baixo pH. Por
sua vez, o Fe3+ oxida a pirite, através da reacção 9-4, a qual, por seu turno, produz mais Fe2+,
e assim por diante. As reacções 9-2 a 9-4 representam a oxidação indirecta da pirite. Contudo,
o Fe3+ produzido na reacção 9-3 pode oxidar, não apenas minerais reduzidos como a pirite,
mas também minerais de urânio reduzido (U4+) como a uraninite ( reacção 9-5):
UO2 (s) + 2 Fe3+(aq) → UO22+(aq) + 2 Fe2+(aq) (Reacção 9-5)
A oxidação da uraninite (reacção 9-5) gera iões uranil dissolvidos e Fe2+. Este Fe2+ pode ser
oxidado para Fe3+, através da reacção 9-3, o qual, por seu lado, oxida a uraninite via reacção
6-5, a qual produz mais Fe2+, e assim por diante. O ciclo continua até que acabe o
fornecimento de uraninite ou Fe3+ ao sistema. Embora não seja necessário oxigénio para que a
reacção 9-5 tenha lugar, ele é no entanto necessário para converter o Fe2+ para Fe3+ (reacção
9-3). Desta forma, a oxidação da pirite produz ácido e Fe3+, e estes dois produtos aumentam a
lixiviação e destruição dos minerais de urânio. As baixas condições de pH resultantes,
favorecem a dissolução de urânio, metais e metalóides no interior dos resíduos sólidos
produzidos pela actividade mineira.
Desde que os minerais de U4+, uraninite, coffinite, brannerite e pechblenda, sejam expostos às
acções do oxigénio atmosférico e da água, rapidamente tem lugar a sua oxidação e dissolução.
Outros minerais reduzidos, como os sulfuretos contidos nos resíduos, irão ser igualmente
oxidados. Se os resíduos ficarem empobrecidos em minerais susceptíveis de neutralizar os
139
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
ácidos, os poros serão preenchidos por águas ácidas e desenvolver-se-á um processo de
lixiviação ácida. As condições de Drenagem Ácida de Mina favorecem uma maior dissolução
de minerais de urânio e o transporte do urânio dissolvido como complexos sulfatados.
Consequentemente, a libertação de urânio, metais e metalóides a partir dos resíduos sólidos da
mina é controlada pela disponibilidade de oxigénio e água.
A dissolução oxidativa do urânio parece ser bastante similar à dos sulfuretos. Assim:
- certas bactérias actuam como catalisadoras na destruição dos sulfuretos e dos minerais de
urânio;
- a destruição dos minerais de ambos os tipos pode ocorrer através de processos bióticos ou
abióticos, ou de processos de oxidação directa ou indirecta;
- a destruição dos minerais é obtida progressivamente, por intermédio de uma sequência de
reacções químicas;
- vários factores, como sejam o pH da solução, a abundância de oxigénio, a actividade
microbiológica e a área das superfícies dos minerais, influem a taxa de dissolução mineral.
9.2.2. Sorpção
O U (VI) é adsorvido por uma grande variedade de minerais e fases relacionadas, onde se
incluem argilas, óxidos, silicatos e material orgânico natural.
Os parâmetros relevantes que afectam a adsorção do urânio são as condições de oxidaçãoredução, o pH e concentrações dos ligantes complexantes, como o carbonato dissolvido, a
força iónica e a mineralogia.
Tal como se passa com a adsorção da maioria dos metais, o pH tem um efeito significativo na
adsorção de U (VI) porque o pH influencia fortemente a especiação aquosa do U (VI) e o
número de locais de troca iónica em superfícies de sólidos com carga variável, tais como
óxidos de ferro, alumínio e matéria orgânica natural.
A sorpção de urânio em óxidos de ferro e argilas esmectíticas demonstrou-se extensiva na
ausência de CO32-. Na presença de CO32- e de complexantes orgânicos, demonstrou-se ser a
sorpção do U (VI) substancialmente reduzida ou bastante inibida.
A adsorção do U (VI) por solos e fases minerais simples em soluções aquosas contendo
carbonato, é menor com valores de pH inferiores a 3, aumenta rapidamente com valores de
pH situados entre 3 e 5, atinge um máximo de adsorção no intervalo de 5 a 7 / 8 e então
decresce com o aumento do pH para valores superiores a 7 / 8, dependendo do adsorvente.
Em soluções de baixa força iónica, as concentrações do ião uranil poderão ser afectadas por
processos de adsorção em troca catiónica. O U (VI) é adsorvido por argilas, matéria orgânica
e óxidos, e isto limita a sua mobilidade. À medida que a força iónica de uma solução oxidada
aumenta, outros iões, nomeadamente o Ca2+, Mg2+ e K+ deslocam o ião uranil, reenviando-o
para a solução. Desta forma, para além de outros catiões competirem com o U (VI) por locais
de troca iónica, também os iões carbonato formam complexos solúveis com o ião uranil,
reduzindo ainda mais a sua afinidade por sólidos carregados positivamente, enquanto
aumentam a quantidade total de urânio na solução.
140
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
A matéria orgânica de fase sólida é outro destino possível para o ião uranil em solos e
também em sedimentos. Os mecanismos para o aprisionamento do urânio em sedimentos
ricos de matéria orgânica são vários e complexos. Um mecanismo pode envolver sorpção do
catião uranil em locais de troca iónica, tais como grupos ácidos carboxílicos (COOH). Estes
grupos podem coordenar com o ião uranil, deslocando água de hidratação e formar complexos
estáveis.
9.2.2.1. Coeficientes de distribuição, Kd, para o U (VI)
O coeficiente de distribuição (ou de partição, no caso das substâncias hidrofóbicas), Kd,
descreve a sorpção, ou retardação, de um contaminante, relacionando o seu particionamento
entre a fase sólida e a fase líquida (Equação 9-1):
Kd =
C sólido
C líquido
(Eq. 9-1)
onde
K d é o coeficiente de distribuição, em [L3 .M-1];
C sólido é a concentração do contaminante na fase sólida, em [M.M-1];
C líquido é a concentração do contaminante na fase líquida, em [M.L3];
O valor de Kd é normalmente utilizado com vista à definição do factor de retardação, Rf, que
corresponde à razão entre a velocidade linear média da água e a velocidade linear média do
contaminante (Equação 9-2):
Rf =
vp
vc
(Eq. 9-2)
sendo R f adimensional, v p a velocidade da água [L.T-1] e vc a velocidade do contaminante
[L.T-1];
Sendo conhecidos os valores de Kd e os valores da densidade e porosidade do meio, é possível
definir Rf, para um fluxo em meio poroso saturado, como (Equação 9-3):
⎛ρ ⎞
Rf = 1 + ⎜ b ⎟ Kd
⎝ ne ⎠
(Eq. 9-3)
com
ρb - densidade do meio, em [M.L-3];
ne - porosidade efectiva do meio saturado, adimensional;
O parâmetro Kd é válido apenas para um adsorvente particular e aplica-se apenas às condições
químicas em que foi medido. Apesar das limitações que encerra, é normal que sejam
usualmente utilizados valores de Kd retirados da literatura, com vista à realização de cálculos
preliminares.
141
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Não deve, contudo, esquecer-se que esta é uma matéria delicada, uma vez que envolve a
assumpção de diversas premissas:
- existem apenas quantidades traço de contaminantes nas fases sólida e líquida;
- a relação entre as quantidades de contaminante existentes nas fases sólida e líquida é linear;
- as condições existentes são condições de equilíbrio;
- as cinéticas de adsorção e desadsorção são idênticas;
- descreve a distribuição (ou particionamento) entre um sorbato (contaminante) e um sorvente
(solo);
- todos os locais são acessíveis e têm igual influência, isto é, qualquer local pode adsorver
determinada espécie de contaminante;
Este último ponto é especialmente restritivo para utilização em modelação de água
subterrânea, pois requer que os valores de Kd sejam usados apenas para a previsão do
transporte em sistemas quimicamente idênticos aos utilizados em laboratório. A variação
química no solo ou na água de um sistema, pode resultar em grandes diferenças nos valores
de Kd.
Os radionuclídeos que são fortemente adsorvidos pelos sedimentos possuem grandes valores
de Kd (tipicamente superiores a 100 ml/g) quando comparados com os radionuclídeos que não
são significativamente retardados por adsorção.
Os radionuclídeos que não são adsorvidos pelos sedimentos e migram essencialmente à
mesma velocidade que a água, possuem valores de Kd próximos de 0 ml/g.
Thibault et al. (1990) actualizaram uma compilação de valores de Kd relativos a solos. Os
valores de Kd para cada elemento foram organizados de acordo com 4 tipos de solos, os quais
incluem areia (com conteúdo ≥ 70 % de partículas de dimensões da areia), argila (com
conteúdo ≥ 35 % de partículas de dimensões da argila), lodo (contendo uma distribuição
equilibrada de areia, argila e silte, ou ≤ 80 % de partículas de dimensão do silte) e orgânico
(com conteúdo > 30 % de matéria orgânica). Baseados nas suas avaliações prévias, Thibault et
al. procederam à transformação logarítmica e calcularam as médias dos valores de Kd no sentido
de obterem uma média geométrica simples para cada tipo de solo. Os valores de Kd para cada
tipo de solo e o intervalo de valores a eles associados, para o urânio, são apresentados na
Tabela 9-3.
Tipo de solo
Média geométrica
dos valores de Kd (ml/g)
Intervalo de valores
observados de Kd (ml/g)
Número de valores
de Kd (ml/g)
Areia
Lodo
Argila
Orgânico
35
15
1600
410
0.03 - 2200
0.2 - 4500
46 - 395100
33 - 7350
24
8
7
6
Tabela 9-3 – Média geométrica dos valores de Kd para solos do tipo areia, argila, lodo e orgânico
(adaptado de Thibault et al., 1990).
9.3. Aspectos gerais da indústria de mineração do urânio
Na indústria mineira, a parte valiosa do minério bruto corresponde normalmente a uma
quantidade muito pequena do volume total de material que deve ser trabalhado para a obter.
142
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
No caso do urânio, são manuseadas mais de 6900 unidades de material para conseguir
produzir apenas 1 unidade comercializável. Esta elevada relação de material manuseado /
material comercializável deve-se não apenas aos baixos teores de metal no minério - a
percentagem típica de urânio numa formação mineralizada é cerca de 0.15 % (Minerals
Yearbook, 1983) – mas também aos métodos e processos utilizados na mineração.
Nestes últimos distinguem-se várias etapas - desde logo, os materiais sobrejacentes devem ser
removidos, a fim de permitir o acesso ao minério. O minério é então extraído e transportado
para a moagem onde é concentrado e beneficiado.
Os processos referidos dão, assim, origem a quatro espécies de resíduos: resíduos da mina,
rejeitados, resíduos de lixiviação e água de mina.
Após a mineração, o primeiro passo é geralmente a moagem e trituração. Os minérios
triturados são concentrados para libertar da ganga as partículas de metal e os minerais com
interesse económico. Estes processos incluem técnicas de separação gravítica, magnética ou
electrostática, flotação, troca iónica, extracção com solvente, electrólise, precipitação e
amalgamação. A escolha do processo depende das propriedades do metal ou do minério e da
ganga, das propriedades de outros metais ou minerais no mesmo minério e dos custos
envolvidos ou da viabilidade de aplicação de métodos alternativos.
Todos estes processos geram rejeitados, ou seja, outro tipo de resíduos. Os rejeitados
normalmente são depositados como lamas e consistem em cerca de 50% a 70% de efluente
líquido e em 30% a 50% de sólidos (argilas, siltes e areias). Mais de metade de todos os
rejeitados são dispostos em lagoas de decantação.
Os processos de lixiviação de resíduos, lixiviação em pilha ou lixiviação “in situ” são
igualmente usados para extrair metais a partir de minério de baixo teor.
No processo de lixiviação de resíduos, os resíduos são colocados directamente no solo. Em
seguida aplica-se ácido, normalmente por pulverização. À medida que o líquido percola
através dos resíduos, o mesmo vai lixiviando os metais, o que pode demorar anos a
completar-se. O lixiviado, rico com os metais pretendidos, é recolhido na base da pilha e
submetido a tratamento posterior, a fim de recuperar os metais. Este tipo de processo ocupa
normalmente muito espaço, tanto em superfície, como em profundidade.
Os processos de lixiviação em pilha ocupam muito menos espaço do que os descritos
anteriormente. Utilizam uma capa impermeável sob a pilha a lixiviar, a fim de maximizar a
recolha de lixiviado. Por outro lado, normalmente demoram meses, em vez de anos, a
completar-se. São geralmente utilizados em minérios de maior grau de mineralização. Quando
a lixiviação deixa de ser economicamente rentável, o minério lixiviado é deixado no local, ou
próximo, sem tratamento adicional.
A lixiviação “in situ” emprega-se em corpos mineralizados fracturados, à superfície ou em
antigas instalações subterrâneas. A solução lixiviante é aplicada por intermédio de tubagens
ou por percolação através do material sobrejacente. A solução lixiviante é então bombeada
dos colectores de recolha para os dispositivos de recuperação do metal.
Água de mina é água que se infiltra numa mina e deve ser retirada, com vista a facilitar os
trabalhos mineiros. Tanto a quantidade como a qualidade desta água variam de local para
143
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
local, havendo, por vezes, necessidade de dispor a água de mina em diversas lagoas
concebidas para o efeito.
Os resíduos mineiros podem utilizar-se no local ou fora dele, podem dispor-se em pilhas, ou
usar-se em operações de lixiviação, com vista à recuperação adicional de material com
interesse económico - isto é, se o preço do produto exceder os custos de extracção.
Da mesma forma, os rejeitados podem utilizar-se no local ou fora dele, podem dispor-se em
barragens de rejeitados, ou usar-se em operações de lixiviação, com vista à recuperação de
material com interesse económico que continua presente após os processos de moagem se
terem completado.
Os rejeitados podem também conter resíduos dos reagentes utilizados nos processos de
flotação.
A água de mina pode, por vezes após tratamento, ser descarregada para cursos de água
superficiais (rios ou ribeiros), ser usada no processo de moagem ou ser localmente
aproveitada, com vista ao controlo do pó, como fluido de perfuração ou como veículo de
reenvio para a mina de material sólido pulverizado (na forma de lamas) que funcionará como
enchimento.
Alguns métodos de eliminação de rejeitados incluem:
- barragens ou lagoas de rejeitados, que impedem a libertação de substâncias dissolvidas e
suspensas, protegendo a qualidade das águas superficiais. As barragens de rejeitados são
responsáveis pela eliminação de mais de 50% do total de rejeitados produzidos;
- enchimento de céus abertos;
- eliminação abaixo do nível topográfico (“below-grade disposal”) que consiste na colocação
dos rejeitados num poço escavado, por forma a que no encerramento todo o depósito se
encontre abaixo da superfície original do terreno;
- eliminação no mar (também designada por eliminação “offshore”);
Quanto à eliminação dos resíduos mineiros, a maioria destes são empilhados próximo da
mina. Os materiais sobrejacentes ao minério, são usualmente eliminados nos declives
exteriores da escavação, embora a tendência actual aponte na direcção do seu enchimento
imediato.
Os materiais submetidos a lixiviação permanecem no local após o completamento do
processo. A prática corrente é proceder ao transporte dos materiais a lixiviar para locais
específicos, onde aqueles são espalhados e escarificados, com vista a facilitar a infiltração da
solução lixiviante. O processo pode demorar dezenas de anos a completar-se.
Alguns métodos de eliminação de água de mina incluem, para além dos aproveitamentos já
acima indicados, os seguintes:
- tratamento da água de mina em represamentos efectuados no local, quando a sua descarga
ou reciclagem não são viáveis. Os tratamentos incluem processos de sedimentação,
precipitação, adição de coagulantes ou floculantes, ou a remoção de certas espécies de
elementos ou iões (é ocaso, por exemplo, da remoção de 226Ra através da co-precipitação com
BaCl em lagoas de decantação na indústria do urânio).
144
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
9.3.1. Mineração e extracção do urânio
Tradicionalmente o urânio é extraído a céu aberto ou a partir de minas subterrâneas, e o
minério é tratado em instalações hidrometalúrgicas situadas no local de extracção ou nas suas
imediações. Para além destas formas de extracção, ditas de convencionais, utilizam-se
também as lixiviações, tanto“in situ”, como estática, processos que se aplicam nalguns casos.
Na mineração e extracção convencionais, os minérios obtêm-se a partir da exploração
subterrânea ou a céu aberto. O minério é inicialmente triturado e reduzido a pequenos
fragmentos da dimensão de areia, com vista à extracção do urânio, e depois lixiviado. Os
processos químicos utilizam solventes ácidos (ácido sulfúrico ou nítrico) ou alcalinos
(carbonato-bicarbonato de sódio) bem como oxidantes (clorato de sódio, NaClO3, ião férrico,
Fe3+, peróxido de hidrogénio, H2O2). São essenciais condições oxidantes para permitir a
formação dos complexos altamente solúveis de U6+.
A lixiviação ácida ou alcalina é aplicada a pilhas de material em campo ou, o que é mais
comum, é efectuada sob condições controladas em instalações hidrometalúrgicas.
Os processos de extracção de urânio ácidos ou alcalinos, oxidam o urânio (U4+) presente nos
minerais, por exemplo na uraninite, e dissolve o urânio oxidado (U6+) como complexo
sulfatado ou carbonatado (reacções 9-6 e 9-7):
UO2 (s) + 4 Na+(aq) + 2 CO3 2-(aq) + → UO2(CO3)2 2-(aq) + 4 Na+(aq) (Reacção 9-6)
UO2 (s) + 2 H+(aq) + SO42-(aq) → UO2(SO4) 0(aq) + 2 H+(aq) (Reacção 9-7)
Os processos químicos dissolvem os minerais de urânio e forma-se um licor enriquecido em
urânio. Para além do urânio, o licor contém uma quantidade de outros elementos, tais como
elementos das terras raras, que se encontravam presentes como catiões de substituição nos
minerais de urânio.
Após a remoção dos sólidos por filtração, ou por outros métodos, a solução é concentrada e
purificada, por meio de processos de troca iónica ou técnicas de extracção por solventes.
Através da adição de amónio aos licores, o urânio precipita sob a forma de diuranato de
amónio, que apresenta uma cor amarela e é conhecido como “yellowcake” (U3O8). O urânio
contido no “yellowcake” é maioritariamente 238U (>99 %) contendo uma pequena proporção
de 235U e quantidades traço de outros elementos, como rádio e tório.
9.3.2. Enriquecimento de urânio
Com vista ao seu enriquecimento, o U3O8 é quimicamente convertido em UF6. O processo de
enriquecimento aumenta a percentagem do isótopo de urânio fissionável, 235U, bem como a de
234
U.
Existem vários processos utilizados no enriquecimento de urânio. Nos Estados Unidos utilizase o mecanismo de difusão gasosa. Este mecanismo de enriquecimento baseia-se no facto de
uma molécula de UF6 contendo 235U ou 234U, ser mais leve e mais pequena, e ter, por isso,
uma ligeiramente mais elevada velocidade termal, do que uma molécula de UF6 que contenha
238
U. À medida que o UF6 passa por um conjunto de estágios difusivos, as moléculas de
234
UF6 e 235UF6 vão-se gradualmente concentrando a jusante e ficando menos concentradas a
montante, onde, pelo contrário, se concentram as moléculas de 238UF6.
As moléculas de UF6 acumuladas a jusante são então recolhidas e tratadas, com vista a obter o
enriquecimento desejado.
145
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
As moléculas de UF6 acumuladas a montante possuem um conteúdo diminuído de 235UF6,
pelo que o urânio nelas contido é também conhecido como urânio empobrecido.
Outros processos utilizados no enriquecimento de urânio são a separação centrífuga gasosa, a
separação laser e a separação termal, embora este último tenha sido abandonado, por ser
pouco eficiente.
9.3.3. Tratamento da água de mina
A acidez das águas provenientes das minas de urânio pode dever-se ao desenvolvimento de
Drenagem Ácida de Mina ou à utilização de ácido sulfúrico durante a extracção de urânio.
As águas ácidas e ricas em metais podem ser tratadas utilizando as técnicas de tratamento
usadas nas situações em que se verifica Drenagem Ácida de Mina. Podem utilizar-se diversos
agentes de neutralização, mas um dos mais empregues, devido à facilidade de manejo,
segurança e aos relativamente baixos custos, é a cal hidratada, Ca(OH)2.
Neste processo, os ácidos são neutralizados, os metais (Me) precipitam na forma de
hidróxidos metálicos e forma-se gesso, se existir sulfato suficiente em solução (reacções 9-8 a
9-10):
Ca(OH)2 (s) + 2 H+(aq) → Ca2+(aq) + 2 H2O (l) (Reacção 9-8)
Ca(OH)2 (s) + Me2+ / Me3+ (aq) → Me(OH)2 (s) / Me(OH)3 (s) + Ca2+(aq) (Reacção 9-9)
Ca2+(aq) + SO42- (aq) + 2 H2O (l) → CaSO4 . 2 H2O (s) (Reacção 9-10)
A neutralização por intermédio de cal é eficiente para a remoção de metais – tais como o
cádmio, cobre, ferro, chumbo, níquel e zinco – da solução. Não obstante, a solubilidade dos
metais varia com o pH, e a concentração mais baixa dos diversos metais dissolvidos não se
obtém com o mesmo pH. Nem todos os metais precipitam com o mesmo pH, podendo ser
necessária uma combinação de agentes neutralizantes ou outros aditivos, a fim de que se
obtenha uma aceitável qualidade da água.
O tratamento químico de águas ácidas ricas em urânio, com carbonato e/ou cal reduz o urânio
dissolvido e as concentrações de metais pesados e neutraliza a acidez da solução. Os metais
dissolvidos e os radionuclídeos precipitam como lamas, devendo as lamas ser dispostas como
resíduos, usualmente num depósito de rejeitados.
Por outro lado, o tratamento químico das águas ácidas ricas em urânio com carbonato, pode
promover uma desorpção indesejada, com mobilização e lixiviação do urânio a partir dos
resíduos mineiros. A dissolução de carbonato sólido gera iões bicarbonato, e os iões uranil
ficam disponíveis para se complexar com os ligantes bicarbonato. Desta forma, uma adição
excessiva de carbonato aos resíduos das minas de urânio e solos contaminados, pode
aumentar a mobilidade do urânio e amplificar os problemas de contaminação pré-existentes.
A remoção de rádio da água é acompanhada pela precipitação com cloreto de bário. O cloreto
de bário é introduzido no circuito aquoso, e o rádio co-precipita com sulfato de bário, de
acordo com o ilustrado na reacção 9-11:
BaCl2 (s) + Ra2+(aq) + SO42- (aq) → 2 Cl- (aq) + (Ba, Ra) SO4 (s)
(Reacção 9-11)
146
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Algum cálcio que se encontre presente, precipitará como cristais de sulfato de cálcio. Seguese a sedimentação e precipitação dos sais precipitados em lagoas de rejeitados. A evaporação
das águas residuais conduz à precipitação de sais e sedimentos. Os sais radioactivos e os
sedimentos das lagoas de evaporação não podem ser deixados no seu interior, uma vez que
podem redissolver, pelo que devem ser dispostos como rejeitados em local apropriado.
A água subterrânea contaminada pode ser tratada através de métodos ex-situ (bombagem e
tratamento) ou in situ (barreiras activas permeáveis, bioremediação).
Deste último conjunto de técnicas, merece referência a capacidade que certos organismos
possuem de, directa ou indirectamente, reduzir o U6+ móvel, à espécie imóvel U4+, a qual
precipita como uraninite insolúvel.
Esta propriedade dos microorganismos – a capacidade de reduzir o U6+ a U4+, é utilizada na
remediação de águas subterrâneas contaminadas.
A redução directa é efectuada por determinados microorganismos, enquanto que a redução
indirecta se obtém a partir da produção biológica de sulfureto de hidrogénio. Tanto uma como
a outra resultam na precipitação de U6+ dissolvido como óxido de U4+ insolúvel.
9.4. Toxicologia do Urânio
Os componentes de um ecossistema podem ser divididos em vários compartimentos maiores.
A Figura 9-7 mostra os diversos percursos de transporte entre o urânio disponível e os
compartimentos ambientais em que se encontra, bem como os mecanismos que conduzem à
sua absorção por parte da população.
A deposição inicial de urânio num compartimento, assim como as trocas entre
compartimentos (que reflectem a sua mobilidade) dependem de vários factores, tais como as
formas física e química do urânio, o meio ambiente, o material orgânico presente, o potencial
de oxirredução, a natureza dos materiais de sorpção e o tamanho e composição das partículas
sorventes.
Embora os processos naturais redistribuam muito mais urânio no ambiente do que as
indústrias integrantes do ciclo nuclear, é um facto que estas indústrias podem libertar grandes
quantidades de urânio em localizações específicas, especialmente na forma de sólidos
colocados em pilhas de rejeitados, seguidos por líquidos libertados nas barragens/lagoas de
rejeitados e também emissões atmosféricas, tanto através das fábricas, como por efeito da
erosão das pilhas de rejeitados.
São as emissões atmosféricas (produzidas directamente ou por erosão das pilhas de rejeitados)
e as descargas líquidas (escoamento das barragens de rejeitados e erosão pela água das pilhas
de rejeitados) as situações que representam as vias mais importantes de exposição pública
(inalação e ingestão) no caso dos percursos se completarem.
147
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Fonte
(Erosão directa por rios e ribeiros)
Transporte
Atmosférico
Transporte
Água
Subterrânea
Transporte
Água
Superficial
(Irrigação)
Deposição em
Superfícies
Terrestres e em
Sedimentos
(Absorção por plantas e animais)
Bioacumulação
em produtos
alimentares
(Ingestão de alimentos)
(Inalação)
Taxas de
utilização para
os indivíduos
(Ingestão de água)
Taxas de
absorção para os
indivíduos
Factores
de
bioconcentração
Efeitos
na
saúde
Figura 9-7 – Vias ambientais possíveis para que o urânio produza efeitos potenciais na saúde humana.
(adaptado de U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service, ATSDR, 1999).
Quando transportadas no ar, as partículas de urânio representam uma fonte de inalação para os
seres humanos, numa extensão que depende da sua concentração e tamanho. Para as partículas
de urânio constituírem um risco de inalação para os seres humanos, o seu tamanho deve
148
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
situar-se no intervalo entre 1 e 10 μm. Nalguns casos, os rejeitados sólidos foram removidos
do local para utilização como enchimento ou material de construção, o que pode levar à
exposição a radiações externas.
A deposição de urânio atmosférico pode ocorrer por deposição seca ou húmida. A deposição
seca resulta da sedimentação por efeito da gravidade e do impacto em superfícies expostas a
fluxo atmosférico turbulento. A taxa de deposição depende do tamanho e densidade das
partículas, da forma química e do grau de turbulência do ar.
Na deposição húmida de contaminantes atmosféricos, o urânio é lavado da atmosfera pela
chuva, granizo, neve ou outras formas de humidade. A taxa de deposição depende do tamanho
das partículas e da forma química, que condiciona a solubilidade.
O urânio assim depositado (por via seca ou húmida) encontrar-se-á no solo ou em águas
superficiais. Se a deposição for no solo, o urânio pode ser incorporado por este ou aderir às
superfícies das plantas, voltar a ser suspenso em razão da acção do vento, ou ser lavado do
solo e passar para a água superficial e subterrânea.
Para além da migração do urânio dissolvido ou suspenso na água, o transporte e dispersão de
urânio na água superficial ou subterrânea, é afectado pela adsorção e desadsorção do urânio
nos sedimentos da água superficial. Em muitas águas, os sedimentos actuam como
sorvedouros para o urânio e as suas concentrações nos sedimentos e nos sólidos suspensos,
são várias ordens de grandeza superiores às da água envolvente.
O urânio pode ser transportado para a vegetação através do ar ou da água. Pode ser depositado
nas plantas por deposição directa ou ressuspensão, ou pode aderir à membrana exterior do
sistema de raízes da planta com absorção potencial limitada. Da mesma forma, o urânio
depositado nas plantas aquáticas ou na água, pode ser adsorvido ou mobilizado a partir da
água.
As plantas, aquáticas ou terrestres, podem ser directamente consumidas por seres humanos,
ou por animais aquáticos ou terrestres, os quais fornecem alimento aos seres humanos. A
absorção ou bioconcentração de urânio por parte das plantas e animais, é o mecanismo através
do qual o urânio, no solo, no ar e na água entra na cadeia alimentar dos seres humanos.
Vários factores influenciam a bioconcentração de urânio, tais como a forma física ou a forma
química do urânio, a estação do ano e outros factores climáticos, como a temperatura, a idade
do organismo, o tecido ou os órgãos envolvidos, e as características específicas do
ecossistema local, como a quantidade total de sólidos dissolvidos e suspensos.
9.4.1. Efeitos na saúde
Vamos seguidamente introduzir dois conceitos, abaixo apresentados, importantes na
percepção e estudo dos mecanismos de incorporação de urânio por parte dos seres vivos.
A Farmacocinética dedica-se ao estudo dos resultados da acção que o corpo exerce sobre as
drogas.
A Farmacodinâmica dedica-se ao estudo dos resultados da acção que as drogas exercem sobre
o corpo.
Os modelos Farmacocinéticos Fisiologicamente Baseados utilizam descrições matemáticas da
absorção e distribuição de substâncias químicas, no sentido de descrever quantitativamente as
149
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
relações entre processos biológicos críticos (U.S. Department of Health and Human Services,
Public Health Service, ATSDR, 1999).
Os modelos Farmacocinéticos Fisiologicamente Baseados são utilizados em avaliações de
risco, a fim de prever a concentração de fracções potencialmente tóxicas de determinadas
substâncias químicas que podem ser adquiridas por determinado tecido vivo, na sequência de
diversas combinações de via de absorção, nível da dose e espécie testada.
Apresenta-se na Figura 9-8 uma representação conceptual de um modelo Farmacocinético
Fisiologicamente Baseado aplicado a uma substância química hipotética.
Químicos inalados
Químicos exalados
Pulmões
Ingestão
Fígado
Vmax
SANGUE
Km
Tracto
gastrointestinal
Gordura
SANGUE
Tecidos com
perfusão lenta
VENOSO
ARTERIAL
Tecidos com
perfusão rica
Fezes
Rim
Pele
Químicos no ar em
contacto com a pele
Figura 9-8 – Representação conceptual de um modelo Farmacocinético Fisiologicamente Baseado.
(adaptado de U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service, ATSDR, 1999).
150
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
A presente representação conceptual aplica-se a uma substância química hipotética, a qual é
absorvida através da pele, por inalação ou por ingestão, metabolizada no fígado e excretada na
urina ou por exalação.
Os modelos Farmacocinéticos Fisiologicamente Baseados melhoram a extrapolação
farmacocinética dos processos de avaliação de risco, pretendendo identificar níveis máximos
de segurança para exposição humana a substâncias químicas. Para além disso, proporcionam
meios científicos que permitem prever, para tecidos-alvo, a dose de substâncias químicas nos
seres humanos expostos a níveis ambientais de risco, baseados nos resultados de estudos onde
as doses foram maiores ou foram administradas em espécies diferentes.
A informação que seguidamente apresentamos organiza-se de acordo com as vias de
exposição utilizadas pelo urânio para a sua incorporação no corpo humano – inalação, oral ou
dermal –, com os efeitos sanitários causados – morte, sistémicos, imunológicos, neurológicos,
reprodutivos, de desenvolvimento, genotóxicos e cancerígenos – e com os efeitos químicos e
radiológicos provocados.
A absorção de urânio é pequena, pelas vias de exposição assinaladas (inalação, oral ou
dermal).
A absorção de compostos de urânio inalado tem lugar no tracto respiratório por meio de
transferência através das membranas celulares. A deposição, por inalação, de poeiras de
urânio nos pulmões, depende do tamanho das partículas e a sua absorção depende da sua
solubilidade nos fluidos biológicos.
A absorção dermal não foi quantificada, mas experiências de toxicidade em animais indicam
que compostos de urânio solúveis em água são os mais facilmente absorvidos. Uma vez no
sangue, o urânio é distribuído pelos órgãos do corpo. Nos fluidos corporais, o urânio existe
geralmente como ião uranil, (UO2)2+, complexado com aniões como o citrato (C6H5O7)3- e o
bicarbonato (HCO3)-. Aproximadamente 67 % do urânio no sangue é filtrado nos rins e deixa
o corpo através da urina dentro de 24 horas; o restante é distribuído pelos tecidos. O urânio
distribui-se preferencialmente pelos ossos, fígado e rins. A grande maioria de urânio (>95%)
que entra no corpo não é absorvido e é eliminado pelo corpo através das fezes.
Os efeitos na saúde associados com a exposição oral ou dermal ao urânio natural ou
empobrecido (o urânio empobrecido é composto essencialmente pelo isótopo 238U, ao passo
que o urânio enriquecido é mais radioactivo, porque tem uma maior percentagem de 235U do
que o urânio natural) parecem ser apenas químicos e não radiológicos, enquanto que os
efeitos da exposição por inalação podem incluir uma ligeira componente radiológica, em
especial se a exposição for prolongada. De acordo com a Comissão para os Efeitos Biológicos
da Radiação Ionizante, a comida ou a água ingeridas, contendo concentrações normais de
urânio, muito provavelmente não serão carcinogénicas ou causarão outros problemas de saúde
na maioria das pessoas. O urânio inalado encontra-se associado com baixo risco de cancro,
sendo o maior risco a co-inalação de outras substâncias tóxicas ou carcinogénicas, tais como o
gás radão ou fumo de tabaco.
Doses orais muito elevadas de urânio produzem efeitos renais nocivos nas pessoas. Estudos
em animais de diversas espécies, comprovam o carácter de nefrotoxina do urânio e que os
órgãos mais sensíveis são os rins. Efeitos hepáticos e no desenvolvimento foram também
reportados nalguns estudos animais.
151
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Estes aspectos direccionam-se especialmente para os efeitos da exposição ao urânio natural e
empobrecido, apenas incluindo pequenos tópicos relativamente ao urânio enriquecido, o qual
é considerado mais como um risco radiológico do que como um risco químico.
A toxicidade do urânio varia de acordo com a sua forma química e com a via de exposição.
Geralmente, o urânio hexavalente, que tende a formar compostos solúveis, assume-se mais
como provável tóxico sistémico do que o urânio tetravalente, que forma compostos
insolúveis.
O urânio ingerido é menos tóxico do que o urânio inalado, o que pode, pelo menos em parte,
atribuir-se à relativamente pequena absorção gastrointestinal dos compostos de urânio. Os
dados disponíveis de uma variedade de compostos de urânio permitem concluir que o urânio
possui um baixo grau de metalotoxicidade (toxicidade química) nos seres humanos.
Devido ao urânio natural produzir um baixo nível de radioactividade por massa de urânio, os
efeitos renais e respiratórios decorrentes da exposição dos seres humanos e animais ao urânio,
são usualmente atribuídos às suas propriedades químicas. No entanto, em exposições a
isótopos de urânio mais radioactivos (os isótopos naturais 234U e 235U) foi sugerido que os
efeitos produzidos pela toxicidade química e radiológica podem ser aditivos, ou podem
potenciar-se nalgumas situações, ficando assim mascaradas as origens dos efeitos produzidos.
Têm sido associadas doenças respiratórias com a exposição à atmosfera das minas de urânio.
Em vários estudos efectuados em mineiros concluiu-se que, embora a mineração de urânio
eleve de forma clara o risco de contrair doenças respiratórias, a contribuição do urânio para
este risco é muito pequena, ou mesmo nula.
O radão e os produtos do seu decaimento no ar interior , são os produtos que mais contribuem
para a exposição do público à radiação ionizante e podem ser responsáveis por entre 10 % a
20 % de casos de cancro no pulmão. Os efeitos aditivos, pelo menos parcialmente, do tabaco
foram observados em diversos estudos recentes.
A Tabela 9-4 lista os limites ocupacionais para o urânio, tório e alguns produtos críticos de
decaimento.
Toxicidade
Quimiotoxicidade
Elemento
ou
Nuclídeo
Urânio
Órgão alvo
Rins
Tório
Radiotoxicidade
238
Urânio
Osso
Tório
Osso
226
Rádio
Osso
222
Radão
Pulmão
210
Chumbo Esqueleto, fígado
210
Polónio
Todo o corpo
232
Limites de Limites de exposição
exposição
(Bq)
(mg/m3) Inalação Ingestão
Falha renal
0.2 (USA)
Metalocarcinogénico (?) 0.25 (FRG)
Metalocarcinogénico (?)
0.05
Efeito crítico
Sarcomas
Sarcomas
Sarcomas
Cancro do pulmão
Cancro
Cancro
3 x 104
1 x 102
2 x 104
7 x 106
9 x 103
2 x 104
5 x 105
3 x 104
7 x 104
2 x 104
1 x 105
Tabela 9-4 – Efeitos críticos e limites de exposição ocupacional para o urânio, tório e produtos de
decaimento.
152
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Para os limites baseados na quimiotoxicidade do urânio, são apresentados valores adoptados
pelas autoridades dos Estados Unidos da América (assinalados com USA) e da antiga
República Federal Alemã (assinalados com FRG).
De referir que os valores de radiotoxicidade relativos ao radão, incluem as contribuições-dose
dos isótopos filhos de vida curta.
De facto, as concentrações de gás radão são as mais preocupantes em termos de saúde
pública, em particular na região centro do nosso País, “grosso modo” coincidente com a
Província Uranífera das Beiras.
De facto, sendo o radão um gás radioactivo gerado na cadeia de decaimento do urânio, a
exposição à sua acção pode ter lugar, tanto por inalação, como por ingestão, desde que o gás
se encontre dissolvido na água subterrânea.
Ainda que o risco decorrente do consumo de radão na água subterrânea pareça ser
substancialmente inferior ao relativo à sua inalação, a recomendação da Comissão Europeia
relativa à protecção da população contra a exposição ao radão no abastecimento de água
potável (2001/928/EURATOM, de 20/12/2001) aconselha o cumprimento de determinados
limites, bem como a adopção de medidas quando os mesmos não são respeitados.
Têm sido levados a cabo diversos estudos, visando a caracterização das concentrações de
radão nas águas subterrâneas da região centro de Portugal, tendo sido concluído, ainda que de
forma preliminar, uma vez que o estudo deve alargar-se a outras áreas, que em
aproximadamente 15 % das amostras analisadas, são excedidos os valores limites
estabelecidos na recomendação da Comissão (Pereira et. al, 2003).
153
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
10. Caracterização hidrogeoquímica
Dados obtidos a partir do Plano de Bacia Hidrográfica do Rio Mondego (ARHCentro, 1999)
relativamente à qualidade da água subterrânea nesta bacia, permitem caracterizar
genericamente as suas águas subterrâneas em função dos parâmetros Condutividade Eléctrica,
pH, Nitrato, Bicarbonato, Cloreto, Sulfato, Cálcio, Magnésio, Sódio e SAR (Sodium
Adsorption Rate, ou Taxa de Adsorção de Sódio), tal como definidos no Decreto-Lei 236/98.
As águas do Maciço Hespérico, com excepção de algumas situações em que o pH se situa
abaixo do mínimo estabelecido no intervalo do Valor Máximo Recomendável, não
apresentam violações dos limites regulamentados.
Quanto à vulnerabilidade à poluição, esta encontra-se classificada de acordo com os termos de
referência do plano de bacia, sendo que os sistemas aquíferos do Maciço Hespérico
constituídos por granitos, pertencem à classe das rochas fissuradas e apresentam uma
vulnerabilidade à poluição baixa a variável.
Os riscos associados às actividades desenvolvidas na bacia susceptíveis de afectar a qualidade
da água subterrânea do local em apreço, relacionam-se com a exploração de recursos minerais
metálicos (no caso vertente urânio) em que as técnicas utilizadas e o tipo de exploração –
exploração a céu aberto, lixiviação ácida de minério pobre e presença de sulfuretos favorecem a produção de Drenagem Ácida de Mina, mas também se relacionam com
actividades industriais, designadamente com a indústria de enchidos, localizando-se nos
arredores da área mineira uma pequena fábrica, cujos efluentes são drenados para as
imediações da zona estudada.
10.1. Evolução geoquímica das águas
Levando em conta todas os resultados das análises efectuadas ao longo do tempo, foi já
possível estabelecer um esboço evolutivo do quimismo das águas existentes na antiga área
mineira de Castelejo (Capítulo 7). No entanto, no sentido de avaliar o seu comportamento
recente, foram efectuadas 4 campanhas de amostragem, distribuídas pelos anos hidrológicos
de 2008 e 2009. Os locais de amostragem (F1, F2, F10, PP1 e PP1A) foram escolhidos em
função da sua localização – localizam-se fundamentalmente no Vale de Castelejo, principal
eixo de escoamento da zona mineira – pelo que foram também utilizados no ensaio de
traçagem.
As amostragens foram efectuadas nos anos hidrológicos de 2007/2008 e 2008/2009, nas datas
seguintes:
- em 28/03/2008, no final do 1º semestre hidrológico do ano hidrológico de 2007/2008;
- em 26/09/2008, no final do 2º semestre hidrológico do ano hidrológico de 2007/2008;
- em 26/03/2009, no final do 1º semestre hidrológico do ano hidrológico de 2008/2009;
- em 25/09/2009, no final do 2º semestre hidrológico do ano hidrológico de 2008/2009;
Em cada um dos furos amostrados, procedeu-se à colheita de água a duas profundidades
distintas – à superfície e em profundidade -, destinando-se as mesmas a análise laboratorial.
Na mesma ocasião, as águas colhidas foram ainda submetidas a análises expeditas de campo
para os parâmetros pH, Temperatura, Condutividade e Potencial Redox. Os resultados obtidos
apresentam-se no Apêndice I, Tabelas AI-1 a AI-5 para as análises de campo, e Tabelas AI-6
a AI-11 para as análises de laboratório.
154
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
A caracterização da mineralização das águas em profundidade permitirá aferir da evolução da
granulometria do aquífero instalado na caixa de falha situada no Vale do Castelejo, ou da
eventual existência de contaminação em profundidade.
Quanto à caracterização da evolução, tanto qualitativa, como temporal, das águas subterrâneas
existentes no subsolo da área mineira, recorrer-se-á à utilização de diagramas de Piper e Stiff.
Ir-se-á igualmente proceder à identificação das espécies de urânio presentes nas águas
subterrâneas da área mineira. Com tal objectivo em vista, utilizar-se-ão as análises químicas
disponíveis, com vista à prossecução da modelação hidrogeoquímica. Esta modelação será
efectuada utilizando o programa PHREEQC, que permite proceder à especiação pretendida.
10.2. Caracterização das águas – dados de campo
Como atrás ficou dito, com vista à caracterização da mineralização das águas em
profundidade, procedeu-se durante as campanhas de monitorização efectuadas, não apenas à
colheita de amostras de águas subterrâneas em superfície e em profundidade, mas também à
medição e recolha de alguns parâmetros relacionados com as mesmas.
Os parâmetros medidos - pH, Temperatura, Condutividade e Potencial Redox (Eh) – deveriam
determinar-se em cada um dos 5 pontos de água utilizados na monitorização (F1, F2, F10,
PP1 e PP1A). Contudo, após a realização do ensaio de traçagem, não foi possível voltar a
efectuar medições no furo utilizado para injecção do traçador (com excepção do registo do
nível da água, que foi sempre efectuado). Tal impossibilidade relaciona-se com a quantidade
de uranina presente na água, que implicaria a contaminação dos aparelhos de medida.
Foram efectuadas duas colheitas em cada furo, uma relativa à água recolhida imediatamente
abaixo do nível da água no furo (amostra superficial) e outra abaixo deste nível, a
profundidade variável, de acordo com as características de cada furo (amostra de
profundidade).
No Apêndice I apresentam-se as tabelas correspondentes a cada um dos furos contemplados
na monitorização, onde se resumem as características de cada furo, bem como as
profundidades aproximadas de recolha das amostras, entre outros dados.
A Tabela AI-1 (Apêndice I) refere-se ao Furo 1 (F1). Este furo foi aquele em que se verificou
a injecção do traçador utilizado no ensaio de traçagem. Por esta razão apenas foi efectuada a
primeira amostragem, que teve lugar em data ainda anterior ao ensaio de traçagem, uma vez
que, como acima ficou dito, nas amostragens subsequentes a quantidade de uranina presente
na água inviabilizou novas colheitas, pelo que não é possível observar a evolução de qualquer
parâmetro neste furo.
Com base nos dados constantes das tabelas AI-2, AI-3, AI-4 e AI-5 elaboraram-se diversos
gráficos, que reflectem a evolução das águas amostradas relativamente a cada um dos
parâmetros medidos, os quais seguidamente analisaremos.
155
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
10.2.1. pH
A Tabela AI-2 (Apêndice I) refere-se ao Furo 2 (F2). Com base nesta tabela foi elaborado o
gráfico apresentado na Figura 10-1, que reflecte a evolução do pH nas amostras recolhidas,
quer à superfície da coluna da água, quer em profundidade.
F2
10
9
pH
8
7
6
5
29-12-2009
28-09-2009
28-06-2009
28-03-2009
26-12-2008
25-09-2008
25-06-2008
25-03-2008
24-12-2007
4
Data
pH-sup.
pH-prof.
Figura 10-1 – Evolução do pH no furo F2 durante as amostragens efectuadas.
Com base na Tabela AI-3 (Apêndice I) referente ao Furo 10 (F10) foi elaborado o gráfico que
se apresenta na Figura 10-2.
F10
10
9
7
6
5
29-12-2009
28-09-2009
28-06-2009
28-03-2009
26-12-2008
25-09-2008
25-06-2008
25-03-2008
4
24-12-2007
pH
8
Data
pH-sup.
pH-prof.
Figura 10-2 – Evolução do pH no furo F10 durante as amostragens efectuadas.
156
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Com base na Tabela AI-4 (Apêndice I) referente ao Furo PP1 (PP1) foi elaborado o gráfico
apresentado na Figura 10-3.
PP1
10
9
pH
8
7
6
5
29-12-2009
28-09-2009
28-06-2009
28-03-2009
26-12-2008
25-09-2008
25-06-2008
25-03-2008
24-12-2007
4
Data
pH-sup.
pH-prof.
Figura 10-3 – Evolução do pH no furo PP1 durante as amostragens efectuadas.
Na Figura 10-4 apresenta-se o gráfico elaborado com base na Tabela AI-5 (Apêndice I)
referente ao Furo PP1A (PP1A).
PP1A
10
9
pH
8
7
6
5
29-12-2009
28-09-2009
28-06-2009
28-03-2009
26-12-2008
25-09-2008
25-06-2008
25-03-2008
24-12-2007
4
Data
pH-sup.
pH-prof.
Figura 10-4 – Evolução do pH no furo PP1A durante as amostragens efectuadas.
Com excepção do furo PP1A, na generalidade das amostras as águas superficiais tendem a
apresentar valores ligeiramente mais ácidos do que as profundas. Tal poderá repercutir o
ambiente natural, potenciando a proximidade do contacto com a atmosfera uma maior acidez
em superfície do que em profundidade.
Quanto ao furo PP1A, verifica-se a ocorrência de um valor elevado de pH na amostragem de
superfície ocorrida em Setembro de 2008. Pelo facto de o Céu Aberto II ter estado sem
tratamento durante todo o Verão de 2008, tendo a estação de tratamento transbordado e
enviado efluente directamente para a rede de drenagem, colocou-se mesmo a possibilidade da
água do Céu Aberto II ter estado a alimentar este furo, até porque o nível da água parecia
anormalmente elevado, ao contrário da tendência geral de níveis baixos que então se faziam
sentir. No entanto, por comparação com o valor registado na análise de laboratório, veio a
concluir-se tratar-se de um valor anómalo, resultante de deficiente determinação.
157
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
10.2.2. Temperatura
A Tabela AI-2 (Apêndice I) refere-se a F2. Com base nesta tabela foi elaborado o gráfico
apresentado na Figura 10-5, que reflecte a evolução da Temperatura nas amostras recolhidas,
quer à superfície da coluna da água, quer em profundidade.
F2
20
Temperatura (ºC)
19
18
17
16
15
14
13
29-12-2009
28-09-2009
28-06-2009
28-03-2009
26-12-2008
25-09-2008
25-06-2008
25-03-2008
24-12-2007
12
Data
Temperatura-sup.
Temperatura-prof.
Figura 10-5 – Evolução da Temperatura no furo F2 durante as amostragens efectuadas.
Com base na Tabela AI-3 (Apêndice I) referente a F10, foi elaborado o gráfico que se
apresenta na Figura 10-6.
F10
20
Temperatura (ºC)
19
18
17
16
15
14
13
29-12-2009
28-09-2009
28-06-2009
28-03-2009
26-12-2008
25-09-2008
25-06-2008
25-03-2008
24-12-2007
12
Data
Temperatura-sup.
Temperatura-prof.
Figura 10-6 – Evolução da Temperatura no furo F10 durante as amostragens efectuadas.
158
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Com base na Tabela AI-4 (Apêndice I) referente a PP1 foi elaborado o gráfico constante da
Figura 10-7.
PP1
20
Temperatura (ºC)
19
18
17
16
15
14
13
29-12-2009
28-09-2009
28-06-2009
28-03-2009
26-12-2008
25-09-2008
25-06-2008
25-03-2008
24-12-2007
12
Data
Temperatura-sup.
Temperatura-prof.
Figura 10-7 – Evolução da Temperatura no furo PP1 durante as amostragens efectuadas.
Na Figura 10-8 apresenta-se o gráfico elaborado com base na Tabela AI-5 (Apêndice I)
relativo a PP1A.
PP1A
20
Temperatura (ºC)
19
18
17
16
15
14
13
29-12-2009
28-09-2009
28-06-2009
28-03-2009
26-12-2008
25-09-2008
25-06-2008
25-03-2008
24-12-2007
12
Data
Temperatura-sup.
Temperatura-prof.
Figura 10-8 – Evolução da Temperatura no furo PP1A durante as amostragens efectuadas.
A evolução das Temperaturas registadas em todos os furos afigura-se-nos seguir um padrão
comum.
Relativamente às amostras colhidas em superfície este padrão parece-nos temporal,
reproduzindo de forma aproximada a evolução da temperatura ambiente.
Já no que toca às amostras colhidas em profundidade, o padrão seguido reflecte alguma
atenuação na oscilação da temperatura, correspondente à menor influência da temperatura
ambiente devido ao maior isolamento daquelas águas em relação às águas de superfície.
159
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
10.2.3. Potencial Redox (Eh)
A Tabela AI-2 (Apêndice I) refere-se a F2. Com base nesta tabela foi elaborado o gráfico
apresentado na Figura 10-9, que reflecte a evolução do Eh nas amostras recolhidas, quer à
superfície da coluna da água, quer em profundidade.
29-12-2009
28-09-2009
28-06-2009
28-03-2009
26-12-2008
25-09-2008
25-06-2008
25-03-2008
350
300
250
200
150
100
50
0
-50
-100
-150
-200
-250
-300
-350
24-12-2007
Eh (mV)
F2
Data
Eh = 0
Eh-sup. (mV)
Eh-prof. (mV)
Figura 10-9 – Evolução do Eh no furo F2 durante as amostragens efectuadas.
Com base na Tabela AI-3 (Apêndice I) referente a F10, foi elaborado o gráfico que se
apresenta na Figura 10-10.
29-12-2009
28-09-2009
28-06-2009
28-03-2009
26-12-2008
25-09-2008
25-06-2008
25-03-2008
350
300
250
200
150
100
50
0
-50
-100
-150
-200
-250
-300
-350
24-12-2007
Eh (mV)
F10
Data
Eh = 0
Eh-sup. (mV)
Eh-prof. (mV)
Figura 10-10 – Evolução do Eh no furo F10 durante as amostragens efectuadas.
160
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Com base na Tabela AI-4 (Apêndice I) referente a PP1 foi elaborado o gráfico constante da
Figura 10-11.
29-12-2009
28-09-2009
28-06-2009
28-03-2009
26-12-2008
25-09-2008
25-06-2008
25-03-2008
350
300
250
200
150
100
50
0
-50
-100
-150
-200
-250
-300
-350
24-12-2007
Eh (mV)
PP1
Data
Eh = 0
Eh-sup. (mV)
Eh-prof. (mV)
Figura 10-11 – Evolução do Eh no furo PP1 durante as amostragens efectuadas.
Na Figura 10-12 apresenta-se o gráfico elaborado com base na Tabela AI-5 (Apêndice I)
relativo a PP1A.
29-12-2009
28-09-2009
28-06-2009
28-03-2009
26-12-2008
25-09-2008
25-06-2008
25-03-2008
350
300
250
200
150
100
50
0
-50
-100
-150
-200
-250
-300
-350
24-12-2007
Eh (mV)
PP1A
Data
Eh = 0
Eh-sup. (mV)
Eh-prof. (mV)
Figura 10-12 – Evolução do Eh no furo PP1A durante as amostragens efectuadas.
Na linha do que atrás ficou dito em relação à evolução temporal do parâmetro Temperatura,
embora com as devidas adaptações, afigura-se-nos que a evolução do Eh segue um padrão
comum. De facto, à excepção do furo PP1A, todos os furos apresentam valores de Eh mais
elevados para as águas colhidas em superfície do que para as águas colhidas em profundidade,
o que parece ser normal, atendendo ao facto de o ambiente dever, em princípio, apresentar-se
mais oxidante (ou menos redutor) em superfície do que em profundidade.
Já quanto à situação verificada no furo PP1A, em que parece verificar-se o contrário, o odor
por este exalado parece indiciar uma eventual presença de ácido sulfídrico, sendo o ambiente
aparentemente redutor. O ácido sulfídrico será gerado a partir da redução de sulfatos através
de microorganismos sulfato-redutores. Por outro lado, como já foi referido, o facto do Céu
Aberto II ter estado sem tratamento durante todo o Verão de 2008, tendo a estação de
tratamento transbordado e enviado efluente directamente para a rede de drenagem, coloca a
possibilidade desta água ter estado a alimentar este furo, o que poderá ter alterado
sensivelmente as condições de oxirredução localmente prevalecentes.
161
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
10.2.4. Condutividade
A Tabela AI-2 (Apêndice I) refere-se a F2. Com base nesta tabela foi elaborado o gráfico
apresentado na Figura 10-13, que reflecte a evolução da Condutividade nas amostras
recolhidas, quer à superfície da coluna da água, quer em profundidade.
F2
350
Cond. ( μ S/cm)
300
250
200
150
100
50
29-12-2009
28-09-2009
28-06-2009
28-03-2009
26-12-2008
25-09-2008
25-06-2008
25-03-2008
24-12-2007
0
Data
Condutividade-sup. (mS/cm)
Condutividade-prof. (mS/cm)
Figura 10-13 – Evolução da Condutividade no furo F2 durante as amostragens efectuadas.
Com base na Tabela AI-3 (Apêndice I) referente a F10, foi elaborado o gráfico que se
apresenta na Figura 10-14.
F10
350
Cond. ( μ S/cm)
300
250
200
150
100
50
29-12-2009
28-09-2009
28-06-2009
28-03-2009
26-12-2008
25-09-2008
25-06-2008
25-03-2008
24-12-2007
0
Data
Condutividade-sup. (mS/cm)
Condutividade-prof. (mS/cm)
Figura 10-14 – Evolução da Condutividade no furo F10 durante as amostragens efectuadas.
Com base na Tabela AI-4 (Apêndice I) referente a PP1 foi elaborado o gráfico constante da
Figura 10-15.
162
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
PP1
350
Cond. (μ S/cm)
300
250
200
150
100
50
29-12-2009
28-09-2009
28-06-2009
28-03-2009
26-12-2008
25-09-2008
25-06-2008
25-03-2008
24-12-2007
0
Data
Condutividade-sup. (mS/cm)
Condutividade-prof. (mS/cm)
Figura 10-15 – Evolução da Condutividade no furo PP1 durante as amostragens efectuadas.
Na Figura 10-16 apresenta-se o gráfico elaborado com base na Tabela AI-5 (Apêndice I)
relativo a PP1A.
PP1A
350
Cond. (μ S/cm)
300
250
200
150
100
50
29-12-2009
28-09-2009
28-06-2009
28-03-2009
26-12-2008
25-09-2008
25-06-2008
25-03-2008
24-12-2007
0
Data
Condutividade-sup. (mS/cm)
Condutividade-prof. (mS/cm)
Figura 10-16 – Evolução da Condutividade no furo PP1A durante as amostragens efectuadas.
Da prospecção geofísica realizada ao longo do vale de falha do Castelejo (Cap. 5) verificou-se
que, em todos os perfis efectuados, os valores de resistividade diminuíam em profundidade.
As explicações para tal facto poderiam dever-se a causas naturais (camadas mais alteradas em
profundidade, atendendo ao facto de nos encontrarmos sobre um vale de falha) ou a uma
eventual situação de contaminação profunda com Drenagem Ácida de Mina, provocando um
aumento da mineralização.
Podemos agora, com recurso à interpretação da evolução dos valores de condutividade,
confirmar, ou não, esta última hipótese.
163
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Assim, tendo em conta a oposição verificada entre resistividade e condutividade, se os valores
de resistividade diminuem em profundidade, os valores de condutividade devem aumentar.
Analisando a evolução dos valores de condutividade nos diversos furos, verificamos que em
F2, PP1 e PP1A esta situação não acontece, isto é, não existe um padrão definido para a
evolução da condutividade da superfície para a profundidade.
Por outro lado, em F10, em todas as amostragens se verifica um aumento, ainda que pouco
pronunciado, da condutividade da superfície para a profundidade.
Desta forma, somos de opinião que a volubilidade das tendências verificadas nos furos F2,
PP1 e PP1A traduz uma alteração das condições físico-químicas do sistema, em resultado de
uma situação de contaminação intermitente ou sazonal, de acordo com as condições existentes
no subsolo das imediações da mina em cada momento (quantidade de contaminantes
presentes, concentração dos mesmos, condições atmosféricas).
O aumento da condutividade da superfície para a profundidade verificado em F10, permite
apoiar a hipótese da existência de uma contaminação de fundo naquele ponto.
10.3. Caracterização das águas – dados de laboratório
Para além da caracterização sucinta já efectuada, foram igualmente efectuadas colheitas de
amostras de águas subterrâneas em superfície e em profundidade, destinadas a análise
laboratorial.
Os parâmetros medidos são agora mais alargados – Condutividade eléctrica e pH, ambos
determinados no laboratório, CO2, Alcalinidade, Dureza Total, Ca2+, Na+, Cl -, NO2 -, NO3 -,
PO4 3-, SO4 2- e U – e, por não ter sido possível a realização de colheitas no Furo 1 após a
injecção do traçador pelas razões antes apresentadas, foram determinados neste furo apenas
numa das quatro campanhas realizadas.
Tal como anteriormente descrito, foram efectuadas duas colheitas em cada furo, uma relativa
à água recolhida imediatamente abaixo do nível da água no furo (amostra superficial) e outra
abaixo deste nível, a profundidade variável, de acordo com as características de cada furo
(amostra de profundidade).
No Apêndice I apresentam-se as tabelas correspondentes a cada um dos furos contemplados
na monitorização (Tabelas AI-6 a AI-11).
Com base nos dados constantes das tabelas referidas, foram elaborados diversos gráficos, que
reflectem a evolução das águas relativamente aos parâmetros medidos, os quais seguidamente
passaremos a interpretar.
10.3.1. Diagramas de Piper
Os diagramas de Piper representam uma forma de projectar diversas amostras de águas,
permitindo interpretá-las de acordo com a sua fácies hidrogeoquímica, entendendo-se por
fácies hidrogeoquímicas os corpos de água subterrânea, num aquífero, que apresentam
diferente composição química, variando esta em função da litologia, cinética da solução e
padrões de fluxo do aquífero (Fetter, 1994).
164
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
A fácies hidrogeoquímica classifica-se com base nos iões dominantes presentes numa água,
através da sua projecção em dois diagramas triangulares, um destinado a acolher a
percentagem de catiões e o outro a percentagem de aniões.
Os pontos obtidos nos diagramas triangulares são depois projectados num losango central,
resultando da sua intersecção a composição final da amostra em termos de catiões e aniões
(Figura 10-17).
x
x
x
x
CATIÕES
ANIÕES
Figura 10-17 – Diagrama de Piper.
O diagrama de Piper relativo às duas amostras colhidas no Furo 1 apresenta-se na Figura 1018. De novo se refere que as amostras relativas ao Furo 1 são apenas duas (referentes à
colheita superficial e à colheita em profundidade efectuadas em 28 de Março de 2008) pois
este furo foi aquele em que se verificou a injecção do traçador utilizado no ensaio de
traçagem, tendo por esta razão sido aqui apenas efectuada a primeira das quatro campanhas de
amostragem, a qual teve lugar em data ainda anterior à realização daquele ensaio (nas
amostragens subsequentes a quantidade de traçador presente na água inviabilizou novas
colheitas, pelo que não foi possível observar a evolução de qualquer parâmetro neste furo).
165
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
%
60
%
l
%
Ca
60
+C
J F1-S (03/08)
K F1-P (03/08)
80
80
%
Legend
Legenda
%
40
SO
4
g
+M
%
40
%
20
%
20
J
20
%
%
3
HC
O
%
60
%
80
%
20%
%
%
%
20
%
40
40
%
%
60
%
20
80
Ca
80
J
K
%
KJ
60
40
%
SO 4
%
40%
80
20%
60%
60
40%
80%
%
40
60%
+K
Mg
20
K
Na
80%
Cl
Figura 10-18 – Diagrama de Piper relativo às amostras colhidas no Furo 1.
Pode ver-se que ambas as águas são do tipo bicarbonatado misto, tendendo a amostra
superficial para bicarbonatada sódica e a colhida em profundidade para bicarbonatada cálcica
(embora sem um tipo catiónico dominante, isto é, nenhum dos catiões se encontra presente em
percentagem superior a 50 %).
Na Figura 10-19 apresenta-se o diagrama de Piper relativo às amostras colhidas no Furo 2.
l
+C
Ca
%
%
40
SO
4
g
+M
%
40
%
20
%
20
20
%
3
HC
O
%
%
%
80
%
%
40
20
%
%
40
%
DM
A
J
B
J
M
D
20
%
80
20%
60
40
%
60
%
60
%
Ca
SO 4
Mg
%
%
80
J
D
J
B
M
D
M
A
40%
80
20%
60%
60
40%
80%
%
40
+K
60%
F2-S (09/09)
F2-S (03/09)
F2-S (09/08)
F2-S (03/08)
F2-P (09/09)
F2-P (03/09)
F2-P (09/08)
F2-P (03/08)
20
B
J
D
M
JD
A
M
Na
80%
A
D
J
B
M
J
M
D
80
%
60
60
%
80
%
Legend
Legenda
Cl
Figura 10-19 – Diagrama de Piper relativo às amostras colhidas no Furo 2.
166
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Todas as amostras são do tipo bicarbonatado misto, sem tipo catiónico dominante, aliás em
concordância com o que atrás ficou dito em relação ao Furo 1.
O diagrama de Piper relativo às duas amostras colhidas no Furo 10 apresenta-se na Figura 1020.
l
+C
Ca
%
%
40
%
20
%
3
HC
O
%
60
%
%
80
%
%
40
20
%
%
%
80
20%
H
DMM
LOI
J
20
20
%
40
%
Mg
SO 4
40%
%
40
%
%
Ca
%
40
%
D
60
80
JM
I
M O
60%
80
L
20%
80%
60
40%
+K
H
%
Na
60%
F10-S (09/09)
F10-S (03/09)
F10-S (09/08)
F10-S (03/08)
F10-P (09/09)
F10-P (03/09)
F10-P (09/08)
F10-P (03/08)
20
H
IM
L M
J
OD
60
SO
4
g
+M
%
40
20
80%
M
J
M
D
H
L
O
I
80
%
60
60
%
80
%
Legenda
Legend
Cl
Figura 10-20 – Diagrama de Piper relativo às amostras colhidas no Furo 10.
Também em relação ao Furo 10 se verifica que todas as amostras são do tipo aniónico
bicarbonatado. A amostra colhida em profundidade em Março de 2009 é do tipo catiónico
misto, a colhida em superfície em Março de 2008 é do tipo catiónico sódico, a colhida em
profundidade em Setembro de 2008 é também do tipo sódico, a colhida em profundidade em
Setembro de 2009 é do tipo magnesiano e as restantes são bicarbonatadas cálcicas.
Vamos agora analisar o comportamento dos Furos PP1 e PP1A. O diagrama de Piper relativo
ao Furo PP1 apresenta-se na Figura 10-21.
Mais uma vez se verifica que todas as amostras são do tipo bicarbonatado. As amostras
colhidas, tanto em superfície, como em profundidade, em Março de 2008, são do tipo misto,
ou seja, não exibem tipo catiónico dominante, enquanto que todas as restantes são do tipo
sódico (ou sódico-potássico).
Quanto às amostras colhidas no furo PP1A, os resultados da sua projecção em diagrama de
Piper apresentam-se na Figura 10-22.
167
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Legend
Legenda
%
80
80
%
60
%
l
+C
%
Ca
60
%
40
%
20
3
HC
O
60
%
%
80
%
80
%
%
%
40
20
%
%
40
%
20
60
%
Ca
80
20%
%
40
%
%
60
40%
A
P
E
A
E
A
P
E
80
E
A
A P
P
E
E
A
60%
SO 4
Mg
%
+K
20%
80%
%
40
Na
40%
PP1-S (09/09)
PP1-S (03/09)
PP1-S (09/08)
PP1-S (03/08)
PP1-P (09/09)
PP1-P (03/09)
PP1-P (09/08)
PP1-P (03/08)
20
20
%
%
60%
E
A
P
E
A
A
E
P
60
SO
4
g
+M
%
40
20
80%
P
P
E
A
A
E
A
E
Cl
Figura 10-21 – Diagrama de Piper relativo às amostras colhidas no Furo PP1.
Vê-se no diagrama referente ao Furo PP1A que todas as amostras exibem uma fácies
hidrogeoquímica diversa das fácies anteriormente apresentadas, o que revela a sua exposição
a diferentes condições ambientais. Com efeito, todas elas são do tipo aniónico sulfatado. As
amostras colhidas, tanto em superfície, como em profundidade, em Março de 2008, bem
como a amostra colhida em profundidade em Setembro de 2009, são do tipo cálcico, enquanto
que todas as restantes são do tipo misto (sem catião dominante).
Legenda
Legend
%
80
80
%
%
%
20
%
3
HC
O
%
60
%
%
%
80
20
%
%
40
%
%
60
%
40
80
%
20%
20
%
80
40%
60
40
%
60%
SO 4
O
80%
I
H
I
C
I
I
L
%
H
L
I IC
I
I
Ca
O PP1A-P (03/08)
80
O
I PP1A-P (09/08)
%
60
40%
%
40
+K
60%
20%
I PP1A-P (03/09)
20
Na
Mg
II
IC
H
L
I
20
%
80%
I PP1A-S (03/08)
I PP1A-P (09/09)
40
SO
%
40
20
O
L PP1A-S (09/08)
g
+M
4
%
60
%
l
H PP1A-S (03/09)
Ca
60
+C
C PP1A-S (09/09)
Cl
Figura 10-22 – Diagrama de Piper relativo às amostras colhidas no Furo PP1A.
168
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Das condições que favorecem a situação prevalecente no Furo PP1A parecem fazer parte a
infiltração de soluções com elevado teor de sulfatos nas águas ali existentes. Tal facto poderá
dever-se a razões já oportunamente referidas, relacionadas com os processos de lixiviação
ácida que tiveram lugar no local, e consistiam na lixiviação de minério pobre com ácido
sulfúrico, no sentido de recuperar o urânio presente nos licores enriquecidos neste metal,
obtidos após lixiviação.
Assim, não será de excluir a eventual migração de ácido ainda retido no subsolo para este
furo, atendendo ao facto do mesmo se situar na intersecção de duas fracturas, que se
constituem como eixos de escoamento preferencial da água subterrânea.
10.3.2. Diagramas de Stiff
Vamos agora proceder a uma abordagem diferente dos resultados obtidos, no sentido de obter
uma visão espacial da evolução das águas. Desta forma, faremos corresponder a cada uma
das quatro campanhas de amostragem uma imagem da evolução espacial da águas
amostradas.
Na Figura 10-23 representa-se um diagrama de Stiff.
Catiões
3
2
meq/L
1
0
Aniões
1
2
3
Mg
SO4
Ca
HCO3
Na + K
Cl
Figura 10-23 – Diagrama de Stiff.
O diagrama de Stiff é uma forma poligonal representada sobre três ou quatro eixos horizontais
(três eixos horizontais no caso representado na Figura 10-23) que se desenvolvem para cada
lado de um eixo vertical que funciona como origem. Os catiões projectam-se do lado
esquerdo e os aniões do lado direito da origem.
A representação faz-se em termos espaciais, projectando-se sobre cada local o diagrama de
Stiff correspondente à amostra aí colhida.
Na Figura 10-24 representa-se a área mineira, bem como os furos de monitorização nela
implantados, a fim de melhor enquadrar as figuras seguintes.
Para cada ponto, apresentam-se dois diagramas. O diagrama superior refere-se à colheita
superficial e o diagrama inferior é referente à amostra colhida em profundidade. Torna-se,
assim, possível obter uma visão de conjunto sobre a totalidade das amostras que integram a
campanha de amostragem em apreço.
169
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
N
#
Y F10
PP1A
#
Y
#
Y
#
Y
F1 F2
PP1
#
Y
F3
PP2
F5 Y
#
#
YPP2A
#
Y F6
Escala
≈
1/15 900
Figura 10-24 – Planta aérea da área mineira e localização dos furos de monitorização.
Na Figura 10-25 apresenta-se a área mineira com sobreposição dos diagramas de Stiff
relativos às águas colhidas aquando da primeira campanha de monitorização, realizada em
Março de 2008.
N
#
Y
F10
PP1A
PP1 #
#
Y
F1 F2
#Y
Y
F3
#
Y
PP2
F5F6
Escala
#
Y
#
Y
#
Y
#
Y
PP2A
≈
1/7 950
Figura 10-25 – Diagramas de Stiff relativos às amostras colhidas na campanha de monitorização de Março
de 2008.
170
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Na Figura 10-26 apresentam-se os diagramas de Stiff relativos às águas colhidas na segunda
campanha de monitorização, realizada em Setembro de 2008.
N
#
Y
F10
PP1A
PP1 #
#
Y
F1 F2
#Y
Y
F3
#
Y
PP2
F5F6
#
Y
#
Y
Escala
#
Y
#
Y
PP2A
≈
1/7 950
Figura 10-26 – Diagramas de Stiff relativos às amostras colhidas na campanha de monitorização de
Setembro de 2008.
N
#
Y
F10
#
Y
PP1A
PP1 #
F1 F2
#Y
Y
F3
#
Y
Escala
PP2
#
Y
#
Y
F6
F5
PP2A
#
Y
#
Y
≈
1/7 950
Figura 10-27 – Diagramas de Stiff relativos às amostras colhidas na campanha de monitorização de Março
de 2009.
171
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Na Figura 10-27 apresentam-se os diagramas de Stiff relativos às águas colhidas aquando da
terceira campanha de monitorização, que teve lugar em Março de 2009.
Os diagramas de Stiff relativos às águas colhidas por ocasião da quarta e última campanha de
monitorização, realizada em Setembro de 2009, apresentam-se na Figura 10-28.
N
#
Y
F10
PP1A
PP1 #
#
Y
F1 F2
#Y
Y
F3
#
Y
PP2
F5F6
Escala
#
Y
#
Y
#
Y
#
Y
PP2A
≈
1/7 950
Figura 10-28 – Diagramas de Stiff relativos às amostras colhidas na campanha de monitorização de
Setembro de 2009.
Comparando as Figuras 10-25 a 10-28 vê-se que, para os mesmos pontos, se verificam
variações das fácies hidrogeoquímicas de umas campanhas para as outras. A explicação para
este fenómeno poderá residir no facto de se ter verificado uma avaria na estação de tratamento
de águas residuais da mina, o que, aliado às condições climatéricas secas, em particular na
estação quente, poderá ter contribuído para a alteração das fácies hidrogeoquímicas nalguns
locais.
De facto, como aliás já foi referido, o Céu Aberto II esteve sem tratamento todo o Verão de
2008, tendo a estação de tratamento transbordado e enviado efluente directamente para a rede
de drenagem. Colocou-se mesmo a possibilidade da água do Céu Aberto II ter estado a
alimentar o furo PP1A, porquanto o nível da água parecia anormalmente elevado, ao contrário
da tendência geral de níveis baixos que então se faziam sentir.
Na Tabela 10-1 apresentam-se sucintamente as fácies hidroquímicas presentes em cada ponto,
ao longo do tempo em que ocorreram as quatro campanhas de amostragem.
172
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Campanha de amostragem
Furo
F1-S
F1-P
F2-S
F2-P
F10-S
F10-P
PP1-S
PP1-P
PP1A-S
PP1A-P
28/03/2008
bicarbonatada
sódica
bicarbonatada
cálcica
bicarbonatada
cálcica
bicarbonatada
cálcica
bicarbonatada
sódica
bicarbonatada
cálcica
bicarbonatada
sódica
bicarbonatada
cálcica
sulfatada
cálcica
sulfatada
cálcica
26/09/2008
26/03/2009
25/09/2009
-
-
-
-
-
-
bicarbonatada
cálcica
bicarbonatada
cálcica
bicarbonatada
cálcica
bicarbonatada
sódica
bicarbonatada
sódica
bicarbonatada
sódica
sulfatada
sódica
sulfatada
cálcica
bicarbonatada
sódica
bicarbonatada
sódica
bicarbonatada
cálcica
bicarbonatada
cálcica
bicarbonatada
sódica
bicarbonatada
sódica
sulfatada
sódica
sulfatada
sódica
bicarbonatada
sódica
bicarbonatada
sódica
bicarbonatada
cálcica
bicarbonatada
magnesiana
bicarbonatada
sódica
bicarbonatada
sódica
sulfatada
sódica
sulfatada
cálcica
Tabela 10-1 – Tabela-resumo das fácies hidroquímicas presentes em cada ponto ao longo das campanhas de
amostragem (S - amostra de superfície; P - amostra de profundidade).
A evolução ao longo do tempo das fácies hidroquímicas relativas a cada ponto de água
demonstra que:
- as amostras superficiais colhidas no furo 2 apresentavam inicialmente uma fácies
bicarbonatada cálcica, tendo a mesma, no decurso do 1º semestre hidrológico de 2008/2009,
passado a bicarbonatada sódica, situação que se veio a manter ao longo de todas as
campanhas de amostragem subsequentes; a alteração de fácies destas águas não parece,
contudo, ser significativa, atendendo ao facto da fácies, quanto ao tipo catiónico, se situar
entre o cálcico e o sódico, muito próximo da não existência de tipo catiónico dominante (a
não existência de tipo catiónico dominante implica que as amostras possuam quantidades
inferiores a 50 % de qualquer dos catiões);
- as amostras de profundidade colhidas no furo 2 apresentam um comportamento idêntico ao
das amostras superficiais, pelo que se extraem as mesmas conclusões;
- a primeira amostra superficial colhida no furo 10 apresentava uma fácies bicarbonatada
sódica, tendo a mesma, a partir do 2º semestre hidrológico de 2007/2008, passado a
bicarbonatada cálcica; a alteração de fácies destas águas poderá relacionar-se com cálcio
introduzido no sistema pelo tratamento efectuado, embora, uma vez mais, as fácies, quanto ao
tipo catiónico, se situem entre o cálcico e o sódico, muito próximo da não existência de tipo
dominante;
- a amostra de profundidade colhida no furo 10 no final do 1º semestre hidrológico de
2007/2008 apresentava uma fácies bicarbonatada cálcica, tendo a mesma, no 2º semestre
hidrológico de 2007/2008, passado a bicarbonatada sódica; no 1º semestre hidrológico de
173
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
2008/2009, a fácies passa de novo a bicarbonatada cálcica, passando no 2º semestre
hidrológico de 2008/2009 a bicarbonatada magnesiana; deve notar-se, no entanto, que a
alteração de fácies destas águas não é muito vincada, o que sugere que as mesmas se
encontram bastante próximas da não existência de tipo catiónico dominante, podendo reflectir
apenas alterações pontuais das condições normais;
- as amostras superficiais colhidas no furo PP1 apresentam uma fácies bicarbonatada sódica, a
qual se mantém constante ao longo de todas as campanhas de amostragem;
- as amostras de profundidade colhidas no furo PP1 apresentavam inicialmente uma fácies
bicarbonatada cálcica, tendo a mesma, a partir do 2º semestre hidrológico de 2007/2008,
passado a bicarbonatada sódica; esta situação, não deverá, no entanto, ser considerada
anormal, atendendo a que as amostras se encontram bastante próximas da não existência de
tipo catiónico dominante;
- as amostras de superfície colhidas no furo PP1A apresentavam inicialmente uma fácies
sulfatada cálcica, tendo a mesma, a partir do 2º semestre hidrológico de 2007/2008, passado a
sulfatada sódica; o tipo aniónico sulfatado aponta para uma contaminação por ião sulfato
deste furo, situação que pode decorrer do facto de, no local, ter havido lugar a lixiviação ácida
de minério pobre com vista à recolha adicional de urânio; o tipo catiónico cálcico de início,
sódico depois, encontra-se muito próximo da zona de não existência de tipo catiónico
dominante, pelo que carece de significado;
- as amostras de profundidade colhidas no furo PP1A apresentaram nos dois primeiros
semestres do ano hidrológico 2007/2008 uma fácies sulfatada cálcica, tendo a mesma, no
semestre seguinte (1º semestre hidrológico do ano 2008/2009) passado a sulfatada sódica;
todavia, a partir do 2º semestre hidrológico de 2008/2009, a fácies recuperou as características
de sulfatada cálcica; em relação ao tipo aniónico sulfatado, este, como vimos anteriormente,
aponta para uma contaminação por ião sulfato deste furo; o tipo catiónico
cálcico/sódico/cálcico reflecte de novo a não existência de tipo catiónico dominante.
10.4. Especiação do Urânio
Com vista à caracterização das espécies de urânio presentes nas águas subterrâneas da zona
mineira, foi efectuada modelação hidrogeoquímica através do programa informático
PHREEQC (Parkhurst e Appelo, 1999), que executa diversos cálculos hidrogeoquímicos de
baixa temperatura.
Das diversas determinações efectuadas pelo programa, foram especialmente úteis as
relacionadas com os Índices de Saturação, dados por (Freeze & Cherry, 1979; Langmuir,
1997):
Q
IS =
K eq
sendo
IS - Índice de Saturação;
Q - quociente da reacção;
K eq - constante de equilíbrio;
e que permitem avaliar o sentido de progressão de determinada reacção química. Assim, se
174
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
IS > 1 , a solução encontrar-se-á sobressaturada e a reacção tenderá a precipitar mineral ;
IS = 1 , a solução encontrar-se-á em equilíbrio;
IS < 1 , a solução encontrar-se-á subsaturada e a reacção tenderá a dissolver mineral.
O Índice de Saturação pode também ser expresso em forma logarítmica, situação em que se a
solução se encontrará em equilíbrio, ou saturação, relativamente a determinado mineral se
IS = 0 , em sobressaturação se IS > 0 e em subsaturação se IS < 0 . Em termos práticos,
considera-se em equilíbrio uma solução em que −0.25 < IS < +0.25 . Os Índices de Saturação
que se apresentam nas Tabelas 10-3 a 10-5 encontram-se expressos sob a forma logarítmica,
pelo que uma solução em equilíbrio relativamente a determinado mineral, possuirá um
IS = 0 .
A especiação do urânio foi efectuada de acordo com o constante da Tabela 10-2.
Campanha de amostragem
Furo
F1-S
F1-P
F2-S
F2-P
F10-S
F10-P
PP1-S
PP1-P
PP1A-S
PP1A-P
28/03/2008
26/09/2008
26/03/2009
25/09/2009
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
X
X
Sim
X
X
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
X
Sim
Sim
X
X
Sim
Sim
Sim
Sim
X
X
Sim
Sim
Tabela 10-2 – Síntese dos pontos em que foi possível efectuar especiação.
Legenda: X – especiação não efectuada; Sim – efectuada especiação.
Na Tabela 10-2, as células assinaladas com X não foram objecto de especiação: ou por não ter
sido possível amostrar os locais assinalados, ou pelo facto dos valores resultantes das análises
não o permitirem, ou ainda pelo facto das amostras terem sido analisadas em laboratórios
diferentes, através de métodos analíticos diferentes, apresentando limites de detecção
igualmente diferentes.
10.4.1. Resultados obtidos
Apresentam-se seguidamente os resultados obtidos, decorrentes da interpretação dos índices
de saturação determinados.
Relativamente à 2ª campanha, pode ver-se que:
•
No Furo 2, colheita superficial, a solução encontra-se subsaturada em todos os
minerais, à excepção do quartzo, em relação ao qual se encontra sobressaturada;
•
No Furo 2, colheita em profundidade, a solução encontra-se sobressaturada em
relação ao quartzo, cofinite (USiO4), U4O9 na forma cristalina, e UO2, tanto no estado
amorfo, como na forma cristalina de uraninite; em relação aos demais minerais, a
solução encontra-se subsaturada;
175
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
2ª Campanha de Monitorização (26/09/2008)
Fase
F2S-2
F2P-2
F10S-2
F10P-2
PP1S-2
PP1AP-2
Fórmula Química
(UO2)3(PO4)2:4w
-29.88
-31.08
(UO2)3(PO4)2:4H2O
Anidrite
-3.4
-3.45
-3.89
-3.98
-3.93
-2.32 CaSO4
Autunite
-13.65
-14.74
Ca(UO2)2(PO4)2
B-UO2(OH)2
-3.88
-5.35
-8.76
-9.72
-3.45
-3.81 UO2(OH)2
Calcite
-1.66
-1.33
-3.74
-4.1
-1.88
-4.74 CaCO3
Cofinite
-1.64
5.87
-2.02
-1.77
1.44
5.4 USiO4
Fluorapatite
-6.43
-6.98
Ca5(PO4)3F
Fluorite
-1.64
-1.6
-1.98
-2.63
-1.2
-2.75 CaF2
Gumite
-8.87
-10.38
-13.74
-14.77
-8.45
-8.88 UO3
Gesso
-3.16
-3.21
-3.65
-3.74
-3.69
-2.07 CaSO4:2H2O
H-Autunite
-16.96
-17.55
H2(UO2)2(PO4)2
Halite
-8.09
-8.02
-8.53
-8.54
-7.69
-8.3 NaCl
Hidroxiapatite
-10.78
-11.3
Ca5(PO4)3OH
K-Autunite
-16.5
-16.26
K2(UO2)2(PO4)2
Na-Autunite
-12.96
-13.78
Na2(UO2)2(PO4)2
Na4UO2(CO3)3
-27.3
-28.26
-36.74
-37.86
-25.84
-33.03 Na4UO2(CO3)3
Ningioíte
-4.16
-3.07
CaU(PO4)2:2H2O
Quartzo
1.27
1.23
1.24
1.25
1.06
1.23 SiO2
Rutherfordino
-3.56
-5.14
-8.24
-9.05
-3.03
-3.25 UO2CO3
Saleíte
-14.82
-16.12
Mg(UO2)2(PO4)2
Schoepite
-3.71
-5.18
-8.59
-9.55
-3.28
-3.63 UO2(OH)2:H2O
U(HPO4)2:4H2O
-10.15
-8.59
U(HPO4)2:4H2O
U(OH)2SO4
-20.63
-13.55
-19.19
-18.51
-17.55
-9.12 U(OH)2SO4
U3O8(c)
-5.75
-1.14
-15.85
-17.56
-1.6
1.46 U3O8
U4O9(c)
-5.72
15.49
-11.63
-11.9
4.59
15.6 U4O9
UF4(c)
-32.15
-25.53
-28.58
-28.85
-27.32
-20.97 UF4
UF4:2.5H2O
-22.92
-16.22
-19.36
-19.52
-18.08
-11.59 UF4:2.5H2O
UO2(a)
-6.44
1.19
-6.8
-6.46
-3.15
0.78 UO2
UO2HPO4:4H2O
-8.18
-8.44
UO2HPO4:4H2O
UO3(gamma)
-6.13
-7.63
-11.01
-12.01
-5.71
-6.11 UO3
Uraninite(c)
-1.82
5.74
-2.16
-1.93
1.47
5.26 UO2
Uranófano
-9.59
-12.07
-21.71
-23.96
-9.48
-12.62 Ca(UO2)2(SiO3OH)2
Tabela 10-3 – Resultados da especiação: índices de saturação da 2ª campanha de monitorização.
Legenda:
w- molécula de água (H2O);
a – amorfo;
c – cristalino;
gamma (γ) – polimorfo de UO3;
176
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Fase
Anidrite
B-UO2(OH)2
Calcite
Cofinite
Fluorite
Gumite
Gesso
Halite
Na4UO2(CO3)3
Quartzo
Rutherfordino
Schoepite
U(OH)2SO4
U3O8(c)
U4O9(c)
UF4(c)
UF4:2.5H2O
UO2(a)
UO3(gamma)
Uraninite(c)
Uranófano
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
F2S-3
-3.15
-4.18
-1.69
3.47
-1.48
-9.3
-2.9
-8.38
-27.69
1.14
-3.71
-4
-14.91
-1.15
9.68
-26.75
-17.27
-0.97
-6.51
3.4
-10.25
3ª Campanha de Monitorização (26/03/2009)
F2P-3
F10S-3
F10P-3
PP1S-3
PP1AS-3
-3.54
-3.84
-3.76
-4.25
-2.47
-4.41
-3.68
-4.1
-4.7
-3.14
-1.43
-4.13
-3.41
-2.66
-3.53
4.43
3.78
7.06
5.76
-1.13
-1.35
-1.63
-1.62
-0.63
-2.46
-9.49
-8.82
-9.2
-9.84
-8.28
-3.29
-3.59
-3.51
-3.99
-2.21
-8.33
-8.69
-8.74
-7.84
-8.24
-27.5
-32.32
-31.47
-28.08
-29.24
0.9
1.43
1.12
0.86
0.31
-4.11
-2.79
-3.16
-3.96
-2.55
-4.23
-3.49
-3.91
-4.51
-2.95
-14.53
-12.7
-9.73
-12.18
-16.01
-0.39
-0.12
2.64
0.38
-2.83
13.07
10.26
20.62
16.89
-0.56
-25.97
-21.36
-18.95
-20.05
-28.59
-16.57
-11.85
-9.52
-10.54
-19.08
0.16
-0.91
2.6
1.64
-4.7
-6.72
-6.02
-6.42
-7.04
-5.48
4.62
3.43
7.02
5.98
-0.36
-10.89
-11.47
-12.38
-13.04
-11.76
Legenda:
PP1AP-3
-2.45
-3.04
-3.94
-0.45
-2.53
-8.14
-2.2
-8.4
-30.43
1.09
-2.44
-2.86
-15.7
-2.73
-0.78
-27.85
-18.42
-4.88
-5.36
-0.46
-10.53
Fórmula Química
CaSO4
UO2(OH)2
CaCO3
USiO4
CaF2
UO3
CaSO4:2H2O
NaCl
Na4UO2(CO3)3
SiO2
UO2CO3
UO2(OH)2:H2O
U(OH)2SO4
U3O8
U4O9
UF4
UF4:2.5H2O
UO2
UO3
UO2
Ca(UO2)2(SiO3OH)2
w- molécula de água (H2O);
a – amorfo;
c – cristalino;
gamma (γ) – polimorfo de UO3;
Tabela 10-4 – Resultados da especiação: índices de saturação da 3ª campanha de monitorização.
177
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
4ª Campanha de Monitorização (25/09/2009)
Fase
F2S-4
F2P-4
F10S-4
F10P-4
PP1AS-4
PP1AP-4
Fórmula Química
(UO2)3(PO4)2:4w
-24.99
(UO2)3(PO4)2:4H2O
Anidrite
-3.23
-3.36
-3.63
-4.01
-2.29
-2.09 CaSO4
Autunite
-11.61
Ca(UO2)2(PO4)2
B-UO2(OH)2
-5.05
-8.55
-4.35
-4.77
-6.58
-3.11 UO2(OH)2
Calcite
-2.17
-1.54
-4.59
-4.39
-3.88
-3.42 CaCO3
Cofinite
5.06
5.45
3.45
5.36
-1.85
1.57 USiO4
Fluorapatite
-10.84
Ca5(PO4)3F
Fluorite
-1.16
-1.07
-1.32
-2.08
-2.71
-4.2 CaF2
Gumite
-10.08
-13.62
-9.34
-9.83
-11.65
-8.17 UO3
Gesso
-2.98
-3.11
-3.39
-3.76
-2.04
-1.84 CaSO4:2H2O
H-Autunite
-14.73
H2(UO2)2(PO4)2
Halite
-8.11
-8.04
-8.34
-8.49
-8.1
-8.24 NaCl
Hidroxiapatite
-14.98
Ca5(PO4)3OH
K-Autunite
-12.49
K2(UO2)2(PO4)2
Na-Autunite
-10.32
Na2(UO2)2(PO4)2
Na4UO2(CO3)3
-29.26
-31.4
-33.47
-32.7
-33.76
-29.79 Na4UO2(CO3)3
Ningioíte
-5.82
CaU(PO4)2:2H2O
Quartzo
0.84
0.97
0.85
0.93
0.77
0.8 SiO2
Rutherfordino
-4.43
-7.96
-3.45
-3.78
-5.99
-2.43 UO2CO3
Saleíte
-12.48
Mg(UO2)2(PO4)2
Schoepite
-4.88
-8.37
-4.19
-4.59
-6.4
-2.94 UO2(OH)2:H2O
U(HPO4)2:4H2O
-11.65
U(HPO4)2:4H2O
U(OH)2SO4
-12.49
-13.03
-11.84
-10.47
-16.7
-13.47 U(OH)2SO4
U3O8(c)
-0.98
-7.72
-1.19
-0.21
-10.87
-0.55 U3O8
U4O9(c)
14.5
11.77
10.34
15.41
-7.53
6.1 U4O9
UF4(c)
-22.55
-23.62
-18.93
-19.13
-29.3
-29.57 UF4
UF4:2.5H2O
-13.25
-14.25
-9.71
-9.77
-19.92
-20.22 UF4:2.5H2O
UO2(a)
0.75
1.08
-0.94
1.01
-6.01
-2.64 UO2
UO2HPO4:4H2O
-7.02
UO2HPO4:4H2O
UO3(gamma)
-7.33
-10.85
-6.61
-7.06
-8.88
-5.41 UO3
Uraninite(c)
5.31
5.56
3.7
5.52
-1.53
1.86 UO2
Uranófano
-13.52
-19.47
-14.92
-15.26
-18.27
-10.94 Ca(UO2)2(SiO3OH)2
Tabela 10-5 – Resultados da especiação: índices de saturação da 4ª campanha de monitorização.
Legenda:
w- molécula de água (H2O);
a – amorfo;
c – cristalino;
gamma (γ) – polimorfo de UO3;
178
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
•
No Furo 10, colheita superficial, a solução encontra-se subsaturada em todos os
minerais, à excepção do quartzo, em relação ao qual se encontra sobressaturada;
•
No Furo 10, colheira em profundidade, passa-se idêntica situação, encontrando-se a
solução subsaturada em todos os minerais, à excepção do quartzo, em relação ao qual
se encontra sobressaturada;
•
No Furo PP1, colheita superficial, a solução encontra-se sobressaturada em relação
ao quartzo, cofinite (USiO4), U4O9 na forma cristalina, e uraninite (UO2) na forma
cristalina; em relação aos demais minerais, a solução encontra-se subsaturada;
•
No Furo PP1A, colheita em profundidade, a solução encontra-se sobressaturada em
relação ao quartzo, cofinite (USiO4), U3O8 na forma cristalina, U4O9 na forma
cristalina, e UO2, tanto no estado amorfo, como sob a forma cristalina de uraninite;
em relação aos demais minerais, a solução encontra-se subsaturada.
Quanto à 3ª campanha, pode ver-se que:
•
No Furo 2, colheita superficial, a solução encontra-se sobressaturada em relação ao
quartzo, cofinite (USiO4), U4O9 na forma cristalina e uraninite (UO2) na forma
cristalina; em relação aos demais minerais, a solução encontra-se subsaturada;
•
No Furo 2, colheita em profundidade, a solução encontra-se sobressaturada em
relação ao quartzo, cofinite (USiO4), U4O9 na forma cristalina, e uraninite (UO2) na
forma cristalina; a solução apresenta-se saturada quanto ao UO2 no estado amorfo,
relativamente ao qual se encontra praticamente em equilíbrio; em relação aos demais
minerais, a solução encontra-se subsaturada;
•
No Furo 10, colheita superficial, a solução encontra-se sobressaturada em relação ao
quartzo, cofinite (USiO4), U4O9 na forma cristalina, e uraninite (UO2) na forma
cristalina; a solução apresenta-se saturada quanto ao U3O8 na forma cristalina,
relativamente ao qual se encontra praticamente em equilíbrio; em relação aos demais
minerais, a solução encontra-se subsaturada;
•
No Furo 10, colheita em profundidade, a solução encontra-se sobressaturada em
relação ao quartzo, cofinite (USiO4), U3O8 na forma cristalina, U4O9 na forma
cristalina, e UO2, tanto no estado amorfo, como sob a forma cristalina de uraninite;
em relação aos demais minerais, a solução encontra-se subsaturada;
•
No Furo PP1, colheita superficial, a solução encontra-se sobressaturada em relação ao
quartzo, cofinite (USiO4), U3O8 na forma cristalina, U4O9 na forma cristalina, e UO2,
tanto no estado amorfo, como sob a forma cristalina de uraninite; em relação aos
demais minerais, a solução encontra-se subsaturada;
•
No Furo PP1A, colheita superficial, a solução encontra-se subsaturada em todos os
minerais, à excepção do quartzo, em relação ao qual se encontra sobressaturada;
179
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
•
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
No Furo PP1A, colheita em profundidade, verifica-se situação idêntica, encontrandose a solução subsaturada em todos os minerais, à excepção do quartzo, em relação ao
qual se encontra sobressaturada;
Em relação à 4ª campanha, pode ver-se que:
•
No Furo 2, colheita superficial, a solução encontra-se sobressaturada em relação ao
quartzo, cofinite (USiO4), U4O9 na forma cristalina e e UO2, tanto no estado amorfo,
como sob a forma cristalina de uraninite; em relação aos demais minerais, a solução
encontra-se subsaturada;
•
No Furo 2, colheita em profundidade, verifica-se situação idêntica, encontrando-se a
solução sobressaturada em relação ao quartzo, cofinite (USiO4), U4O9 na forma
cristalina e e UO2, tanto no estado amorfo, como sob a forma cristalina de uraninite;
em relação aos demais minerais, a solução encontra-se subsaturada;
•
No Furo 10, colheita superficial, a solução encontra-se sobressaturada em relação ao
quartzo, cofinite (USiO4), U4O9 na forma cristalina, e uraninite (UO2) na forma
cristalina; em relação aos demais minerais, a solução encontra-se subsaturada;
•
No Furo 10, colheita em profundidade, a solução encontra-se sobressaturada em
relação ao quartzo, cofinite (USiO4), U4O9 na forma cristalina, e UO2, tanto no estado
amorfo, como sob a forma cristalina de uraninite; a solução apresenta-se saturada
quanto ao U3O8 na forma cristalina, relativamente ao qual se encontra praticamente
em equilíbrio; em relação aos demais minerais, a solução encontra-se subsaturada;
•
No Furo PP1A, colheita superficial, a solução encontra-se subsaturada em todos os
minerais, à excepção do quartzo, em relação ao qual se encontra sobressaturada;
•
No Furo PP1A, colheita em profundidade, a solução encontra-se sobressaturada em
relação ao quartzo, cofinite (USiO4), U4O9 na forma cristalina, e uraninite (UO2) na
forma cristalina; em relação aos demais minerais, a solução encontra-se subsaturada;
Como pode facilmente verificar-se, através das quantidades constantes dos resultados das
análises (Tabelas AI-6 a AI-15), as diversas espécies de urânio presentes na água subterrânea,
obtidas após especiação, são muito reduzidas (Tabela 10-6).
De acordo com o processo de especiação, foi no Furo 10, na colheita efectuada em
profundidade na 3ª campanha de monitorização (Março de 2009), que ocorreu a espécie em
maior quantidade. Trata-se de U(OH)4 - o U encontra-se no estado de oxidação 4, U (4) – que
ocorre com a concentração molal de 3.703 x 10-7 mol.Kg-1.
A Tabela 10-6 apresenta uma súmula das amostragens e espécies de urânio que ocorrem em
maior concentração molal nos locais amostrados, no decurso das diversas campanhas de
monitorização.
180
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Local e colheita
(S ou P)
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Data da
campanha
Estado de
oxidação
Concentração total
(molalidade)
Espécie
química
Concentração da
espécie (molalidade)
F2-S
Set 2008
U (6)
2.400 x 10-8
UO2 (CO3)22-
1.920 x 10-8
F2-P
Set 2008
U (4)
2.121 x 10-8
U (OH)4
2.119 x 10-8
F10-P
Set 2008
U (6)
1.093 x 10-7
UO2 (HPO4)22-
1.093 x 10-7
F10-P
Mar 2009
U (5)
2.793 x 10-7
UO2+
2.793 x 10-7
F10-P
Mar 2009
U (4)
3.762 x 10-7
U (OH)4
3.703 x 10-7
PP1-S
Set 2008
U (6)
6.714 x 10-8
UO2 (CO3)22-
5.116 x 10-8
PP1-S
Mar 2009
U (5)
1.157 x 10-8
UO2+
1.157 x 10-8
PP1-S
Mar 2009
U (4)
3.157 x 10-8
U (OH)4
3.143 x 10-8
PP1A-P
PP1A-P
PP1A-P
Mar 2009
Mar 2009
Mar 2009
U (6)
U (6)
U (6)
1.007 x 10-7
1.007 x 10-7
1.007 x 10-7
UO2 CO3
UO2 F+
UO22+
5.534 x 10-8
1.629 x 10-8
1.149 x 10-8
PP1A-P
Set 2008
U (5)
1.438 x 10-7
UO2+
1.438 x 10-7
Tabela 10-6 – Amostragens e espécies de urânio que ocorrem em maior concentração (molal).
181
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
11. Conclusões
O trabalho visa proceder à caracterização da antiga área mineira de Castelejo, local em que
operou uma antiga exploração de urânio hoje desactivada, actualmente objecto de recuperação
ambiental por parte da Empresa de Desenvolvimento Mineiro (EDM), empresa encarregue de
gerir os passivos ambientais decorrentes da exploração mineira em Portugal.
A exploração, que decorreu entre 1979 e 1990 em duas cortas a céu aberto, permitiu produzir
cerca de 132 toneladas de minério (U3O8). Mais tarde, em 1992, uma das cortas foi utilizada
para lixiviação ácida de minério pobre, proveniente tanto desta mina, como de outras situadas
nas proximidades, o que permitiu produzir ainda cerca de 22,5 toneladas de U3O8.
Os objectivos pretendidos com a realização do trabalho têm em vista a caracterização
hidrogeológica e hidrogeoquímica da envolvente da área mineira, efectuada através do
estabelecimento de um modelo de escoamento e transporte, bem como de um modelo
hidrogeoquímico, com base na informação recolhida. Pretendia-se igualmente avaliar a
possível contaminação da água subterrânea relacionada com as actividades mineiras, bem
como a sua eventual dispersão.
Era conhecida a situação em termos de tectónica regional, que se sabia complexa,
encontrando-se associada, tanto a diversos episódios de fracturação tardi-Hercínicos, como à
tectónica Alpina, tendo sido consideradas importantes para este estudo, pela sua proximidade
com a zona de Castelejo, as falhas activas Seia-Lousã, Manteigas-Vilariça-Bragança e
Penacova-Régua-Verín.
No entanto, a fim de conhecer a situação tectónica local, foram efectuadas duas campanhas de
prospecção geofísica, com vista ao reconhecimento e caracterização da fracturação, no sentido
de proceder à determinação de vias de escoamento preferencial da água, tendo os resultados
obtidos sido cruzados e complementados com análise de lineamentos e informação retirada da
bibliografia.
Concluiu-se que a direcção da tensão compressiva máxima, σ1, situada de NNW-SSE a NWSE, na qual se desenvolvem fracturas de extensão, deverá ser aquela em que a água
subterrânea circula com mais facilidade, uma vez que as maiores aberturas das fracturas
proporcionam um melhor escoamento.
Todos os perfis efectuados através da prospecção Radio Magnetotelluric-Resistivity (RMT-R)
revelaram uma situação singular, que prendeu a nossa atenção – os valores de resistividade
diminuíam em profundidade. Tal tanto poderia dever-se a causas naturais (camadas mais
alteradas), como ser indicativo de uma situação de contaminação profunda com drenagem
ácida (aumento da mineralização). Tal apenas veio a esclarecer-se após as diversas campanhas
de análises hidrogeoquímicas efectuadas.
Através da implementação de uma técnica mista geofísico-geoestatística, os resultados da
prospecção geofísica foram convertidos numa variável dicotómica indicatriz, determinando os
valores de 1 e 0, consoante fosse, ou não, estabelecida a situação de pertença a uma falha ou
fractura (“corpo”) localizada no campo amostral. Em seguida procedeu-se à estimação por
krigagem da proporção e morfologia das fracturas constantes do campo de amostragem.
Desta forma, com base no estabelecimento de uma correspondência entre os resultados da
prospecção geofísica e a identificação das fracturas presentes no campo de trabalho, foi
possível proceder à estimação da morfologia da fracturação.
Os dados das análises de águas, resultantes da monitorização química a furos e poços
efectuada pela Empresa Nacional de Urânio (ENU) no perímetro da área mineira, foram
182
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
tratados através de análise multivariada, aplicada a dois períodos distintos, tendo resultado na
caracterização hidrogeológica preliminar da área mineira. Desta forma, o tratamento dos
dados relativos às análises químicas das águas permitiu discriminá-las em grupos de
variáveis, tendo em vista a compreensão das relações existentes entre elas.
Assim, verifica-se que estes grupos de variáveis se associam a determinados locais, em
conformidade com os processos que aí se desenvolveram, sejam eles naturais, como a
ocorrência de determinados minerais ou a meteorização de outros, ou artificiais, como os
processos de tratamento de minério e efluentes.
No sentido de uma melhor proceder à caracterização hidrogeológica da área estudada, foi
efectuado um ensaio de traçagem, utilizando o método do gradiente natural, nas imediações
da área mineira. O ensaio foi efectuado no principal eixo de escoamento local, situado na
caixa de falha ocupada pelo Vale de Castelejo e visava recolher dados que permitissem obter
valores para alguns parâmetros hidráulicos, como sejam o coeficiente de dispersão
hidrodinâmica e os coeficientes de dispersividade longitudinal e transversal.
Embora a monitorização em contínuo aos fluorímetros então instalados tenha tido a duração
aproximada de 3 meses, não foi possível detectar qualquer vestígio do traçador utilizado em
qualquer dos locais monitorizados.
Algumas razões que podem ser avançadas relativamente ao fracasso do ensaio de traçagem
relacionam-se com a distância existente entre os furos de injecção e monitorização, com o
facto do ensaio ter sido implementado com base no método do gradiente natural - portanto,
sem recurso a bombagem - e também com as características litológicas e a heterogeneidade
local dos terrenos ensaiados, que decisivamente condicionam a sua permeabilidade.
A dificuldade de escoamento da água no furo de injecção do traçador, viria a verificar-se pelo
facto de, a partir da data de injecção, não ter sido possível proceder a colheitas de amostras
naquele furo, em virtude das suas águas se encontrarem impregnadas de uranina, o traçador
utilizado no ensaio.
A par da realização do ensaio de traçagem, procedeu-se ao registo automático do nível da
água e sua recuperação, a intervalos de tempo pré-estabelecidos, no interior do furo de
injecção. O automatismo deste tipo de medição, aplicado à subtracção ou injecção instantânea
de um volume conhecido de água no furo, permite que os resultados sejam interpretados
como “slug-tests”. A partir destes, obtiveram-se valores para a condutividade
hidráulica, K ≈ 2,6 x 10-7 m.s-1, válidos para as imediações do furo de injecção.
Atendendo ainda a que os fluorímetros instalados nos furos de monitorização do ensaio
mediam, entre outros parâmetros, também a temperatura da água, sendo conhecidas as suas
profundidades de instalação, os resultados obtidos permitiram estabelecer a existência de dois
níveis aquíferos na zona estudada. De acordo com a interpretação de diversos “logs” de
sondagem, a zona limite entre os dois aquíferos considera-se situada aproximadamente nos 28
m de profundidade. Também as leituras dos níveis piezométricos dos furos monitorizados
corroboram a existência de dois níveis aquíferos, um aquífero superior – livre -, e um aquífero
inferior - confinado ou localmente semi-confinado -, exibindo artesianismo.
Foi efectuado um tratamento conjunto dos dados piezométricos históricos e actuais, tendolhes sido aplicada uma ferramenta matemática de atenuação (LOWESS), no sentido de
determinar eventuais tendências verificadas em cada um dos pontos de água considerados.
Embora com algumas excepções, a generalidade das tendências verificadas, tanto nos
183
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
piezómetros como nos poços, aponta no sentido de uma, ainda que ligeira, recuperação dos
níveis.
A compilação dos diversos dados obtidos permitiu proceder a uma etapa de modelação
numérica do escoamento e transporte da água subterrânea existente sob a área mineira.
O modelo conceptual aplicado à zona situada no Vale do Castelejo, aponta para que o
aquífero livre superficial, instalado na caixa de falha ali existente, apresente nesta zona uma
espessura próxima dos 28 m. A geometria do aquífero livre superficial na zona em que este
apresenta a sua maior espessura acompanha, assim, a topografia do Vale do Castelejo.
Relativamente às colinas circundantes, a espessura estimada aponta para valores bastante mais
modestos, da ordem dos 3 m abaixo da superfície.
Por esta razão, foi decidido proceder à modelação de uma única camada mista,
correspondente a um aquífero superficial livre (correspondente ao instalado nos granitos
meteorizados do Vale do Castelejo) ou semi-confinado (correspondente ao localizado nas
fracturas do granito), com uma espessura variável, definindo-se a superfície a partir das cotas
do terreno e localizando-se a base na altitude de 330 m. Simultaneamente, foi simulada uma
zona um pouco mais extensa da área mineira, a fim de obter uma perspectiva alargada da
situação hidrogeológica existente.
Os dados recolhidos no decurso da amostragem estiveram na base do processo de calibração,
que permitiu determinar a direcção do escoamento em toda a área modelada, e em particular
nas imediações da área mineira. A modelação foi realizada em regime de equilíbrio durante
um período de 20 anos, para o modelo de escoamento e para o modelo de rastreio de
partículas.
O fluxo segue aproximadamente a tendência geral da topografia, sendo que a principal
direcção de escoamento, a partir da antiga área mineira, se dirige para NW, no sentido do
Vale de Castelejo.
Embora o contaminante em apreço seja o urânio, isto é, um metal não conservativo,
susceptível de sofrer adsorção na superfície de outras substâncias e também degradação
radioactiva, o rastreio de partículas foi efectuado para um contaminante conservativo, não
adsorvente ou reactivo, uma vez que seria difícil reproduzir as condições de campo, em que a
propagação da contaminação parece ter-se processado essencialmente através da fracturação
existente nos granitos da área mineira e não em meio poroso, conforme simulado pelo
modelo. A que acresce o facto de, ocorrendo a injecção do urânio de forma contínua, serem
desconhecidas, tanto as concentrações iniciais, como as ainda presentes, nos poços de
lixiviação do Céu Aberto II, tornando pouco rigorosas eventuais estimativas das quantidades
de urânio ainda mobilizáveis.
Foi calculada a tendência do trajecto a efectuar pelas partículas ao longo de intervalos de
tempo sucessivamente crescentes, para uma simulação em regime de equilíbrio. A trajectória
das partículas reflecte a situação piezométrica, dirigindo-se para o Vale de Castelejo.
Os resultados das diversas análises químicas realizadas no decurso das quatro campanhas de
amostragem efectuadas permitiram obter importantes conclusões. Assim, da prospecção
geofísica realizada ao longo do vale de falha do Castelejo verificou-se que, em todos os perfis
efectuados, os valores de resistividade diminuíam em profundidade.
184
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
As explicações para tal facto poderiam dever-se a causas naturais (camadas mais alteradas em
profundidade, atendendo ao facto de nos encontrarmos sobre um vale de falha) ou a uma
eventual situação de contaminação profunda com Drenagem Ácida de Mina, provocando um
aumento da mineralização.
Atendendo à oposição verificada entre resistividade e condutividade, se os valores de
resistividade diminuem em profundidade, então os valores de condutividade devem aumentar.
Analisando a evolução dos valores de condutividade nos diversos furos, verificamos que em
F2, PP1 e PP1A esta situação não acontece, isto é, não existe um padrão definido para a
evolução da condutividade da superfície para a profundidade. Por outro lado, em F10, em
todas as amostragens se verifica um aumento, ainda que pouco pronunciado, da condutividade
da superfície para a profundidade.
Desta forma, julgamos que a inconstância das tendências verificadas nos furos F2, PP1 e
PP1A deve atribuir-se a uma alteração das condições físico-químicas do sistema, em resultado
de uma situação de contaminação intermitente ou sazonal, de acordo com as condições
existentes no subsolo das imediações da mina em cada momento (quantidade de
contaminantes presentes, concentração dos mesmos, condições atmosféricas). Quanto ao
aumento da condutividade da superfície para a profundidade verificado em F10, o mesmo
permite apoiar a hipótese de existência de uma contaminação de fundo naquele ponto.
A evolução ao longo do tempo das fácies hidrogeoquímicas relativas a cada ponto de água
demonstra que as amostras referentes aos furos F02, F10, PP1 exibem fácies que oscilam
entre a bicarbonatada sódica e a bicarbonatada cálcica, perfeitamente integradas nas litologias
locais; relativamente a PP1A, este furo apresenta fácies sulfatadas cálcicas ou sódicas, o que
parece revelar a existência de uma contaminação local por sulfatos. Esta situação pode
encontrar-se ligada à lixiviação com utilização de ácido sulfúrico efectuada no Céu Aberto II,
podendo a sua influência fazer-se ainda sentir neste ponto devido à intercomunicabilidade
entre a fractura sobre a qual se situa o furo PP1 e as que cruzam o Céu Aberto II.
Com base nos resultados das análises efectuadas procedeu-se à especiação do urânio presente
na água subterrânea. Verifica-se, contudo, que as diversas espécies de urânio presentes na
água subterrânea, obtidas após especiação, são muito reduzidas. De acordo com o processo de
especiação, foi no Furo 10 que ocorreu a espécie em maior quantidade. Trata-se de U(OH)4,
encontrando-se o U no estado de oxidação 4 [U (4)] e ocorrendo com a concentração molal de
3.703 x 10-7 mol.Kg -1.
Os resultados das análises realizadas nas 4 campanhas de amostragem efectuadas enquadramse nos parâmetros estabelecidos através do Anexo I (Qualidade das águas doces superficiais
destinadas à produção de água para consumo humano) do Dec.-Lei 236/98, não demonstrando
qualquer desconformidade em relação aos valores máximos estabelecidos para os parâmetros
verificados.
Relativamente ao urânio, atendendo à ausência de legislação nacional aplicável, entendemos
socorrer-nos da norma US EPA CFR 40 “Protection of Environment – Part 141”. Esta norma
estabelece o valor de 30 μg/l, relativamente aos padrões de água para consumo humano
(drinking water standards). Verifica-se que pelo menos uma, das quatro campanhas analíticas
efectuadas em cada um dos furos, F10, PP1 e PP1A, ultrapassou o valor definido pela norma,
ainda que tal não pareça especialmente preocupante, atendendo à ausência de população nas
imediações da área mineira.
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Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
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190
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Apêndice I – Características dos furos
191
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Data
da
colheita
Nível
da
água
(m)
28-03-2008
1.85
26-09-2008
2.55
26-03-2009
1.18
25-09-2009
2.72
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Prof.
medida
do furo
(m)
26
Amostra de profundidade
Amostra superficial (≈ nível água)
Prof. da
colheita (m)
pH
Temperatura
(ºC)
Condutividade
(μS/cm)
Eh
(mV)
Prof. da
colheita (m)
pH
Temperatura
(ºC)
Condutividade
(μS/cm)
Eh
(mV)
1.85
5.5
15.2
140
104
19.55
5.3
16.2
208.4
-23
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Tabela AI-1 – Características do Furo 1 (F1) e resultados de cada amostragem (dados de campo).
Data
da
colheita
Nível
da
água
(m)
28-03-2008
1.89
26-09-2008
2.35
26-03-2009
1.01
25-09-2009
2.6
Prof.
medida
do furo
(m)
21.63
Amostra de profundidade
Amostra superficial (≈ nível água)
Prof. da
colheita (m)
pH
Temperatura
(ºC)
Condutividade
(μS/cm)
Eh
(mV)
Prof. da
colheita (m)
pH
Temperatura
(ºC)
Condutividade
(μS/cm)
Eh
(mV)
1.89
5.83
14.5
160.1
136
13.55
5.8
16
156.9
193
2.35
6.55
19.1
255
138
13.55
6.79
17.6
230
-140
1.01
6.55
14
257.8
-14
13.55
6.77
15.5
259.1
-73
2.6
6.15
17.7
252
-81
13.55
6.514
16.2
263.8
-210
Tabela AI-2 – Características do Furo 2 (F2) e resultados de cada amostragem (dados de campo).
192
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Data
da
colheita
Nível
da
água
(m)
28-03-2008
0.89
26-09-2008
1.16
26-03-2009
0.77
25-09-2009
1.48
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Prof.
medida
do furo
(m)
17.7
Amostra de profundidade
Amostra superficial (≈ nível água)
Prof. da
colheita (m)
pH
Temperatura
(ºC)
Condutividade
(μS/cm)
Eh
(mV)
Prof. da
colheita (m)
pH
Temperatura
(ºC)
Condutividade
(μS/cm)
Eh
(mV)
0.89
5.42
13.4
73.4
29
15.55
5.51
15.9
88
32
1.16
5.47
19.4
85
67
15.55
5.4
17.1
90
41
0.77
5.11
13.3
91.9
87
13.55
5.44
14.9
171.7
-55
1.48
4.815
19.3
86.5
63
13.55
5.224
16.6
95.4
-21.4
Tabela AI-3 – Características do Furo 10 (F10) e resultados de cada amostragem (dados de campo).
Data
da
colheita
Nível
da
água
(m)
28-03-2008
0.36
26-09-2008
1.35
26-03-2009
0.07
25-09-2009
1.9
Prof.
medida
do furo
(m)
59.65
Amostra de profundidade
Amostra superficial (≈ nível água)
Prof. da
colheita (m)
pH
Temperatura
(ºC)
Condutividade
(μS/cm)
Eh
(mV)
Prof. da
colheita (m)
pH
Temperatura
(ºC)
Condutividade
(μS/cm)
Eh
(mV)
0.36
7.02
13.8
196.5
96
28
6.66
17.3
206.2
-26
1.35
6.44
19
268
60
28
6.86
19
248
-111
0.07
6.01
13.3
207.8
-72
29.5
6.66
15.9
221.9
-106
1.9
7.552
18.7
324.7
-157.3
29.5
7.473
17.4
295.5
-181.1
Tabela AI-4 – Características do Furo PP1 (PP1) e resultados de cada amostragem (dados de campo).
193
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Data
da
colheita
Nível
da
água
(m)
28-03-2008
0.53
26-09-2008
0.42
26-03-2009
0.35
25-09-2009
2
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Prof.
medida
do furo
(m)
27.5
Amostra de profundidade
Amostra superficial (≈ nível água)
Prof. da
colheita (m)
pH
Temperatura
(ºC)
Condutividade
(μS/cm)
Eh
(mV)
Prof. da
colheita (m)
pH
Temperatura
(ºC)
Condutividade
(μS/cm)
Eh
(mV)
0.53
5.22
13.5
194.3
202
18.5
5.25
15.2
205.6
186
0.42
8.46
19
242
-108
18.5
4.99
16
243
30
0.35
5.7
13.3
192.2
180
18.5
5.45
14.9
97
197
2
5.4
16.2
240.3
124
18.5
5.47
16.5
246.7
121.5
Tabela AI-5 – Características do Furo PP1A (PP1A) e resultados de cada amostragem (dados de campo).
194
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Data
K+ Mg2+ SiO2
Cl- NO2- Br- NO3- PO43- SO42FTº C C.E. pH CO2 Alcal. HCO3- D.T. Ca2+ Na+
da
(LAB) (LAB) (LAB) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm)
colheita
28-03-2008
112 6.39 12.6 48 58.6 58 18.4 19
9.7
2.9
2.7 12.9
0.11 5.1
4.7
U
(μg/l)
<50
26-09-2008
26-03-2009
25-09-2009
Tabela AI-6 – Furo F1-S (Furo 1 - colheita superficial): resultados das análises às águas colhidas em cada uma das campanhas efectuadas (dados de laboratório).
Data
K+ Mg2+ SiO2
Cl- NO2- Br- NO3- PO43- SO42FTº C C.E. pH CO2 Alcal. HCO3- D.T. Ca2+ Na+
da
(LAB) (LAB) (LAB) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm)
colheita
28-03-2008
160 6.31 31.4 70 85.4 104 32.8 29
1.4
5.3
2.1 14.8
1.2
3.5
U
(μg/l)
<50
26-09-2008
26-03-2009
25-09-2009
Tabela AI-7 – Furo F1-P (Furo 1 - colheita em profundidade): resultados das análises às águas colhidas em cada uma das campanhas efectuadas (dados de
laboratório).
195
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Data
K+ Mg2+ SiO2
Cl- NO2- Br- NO3- PO43- SO42FTº C C.E. pH CO2 Alcal. HCO3- D.T. Ca2+ Na+
da
(LAB) (LAB) (LAB) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm)
colheita
28-03-2008
150 7.23 9.8
76
92.7 78 24.8 18.9 8.2
3.9
2.3 10.6 0.38 0.09 2.6
3.7
26-09-2008
228
7.72
8.0
94
115
78
23.2
23.5
5.5
4.9
95.7
0.67 11.73
26-03-2009
255
7.60
12.2
106
129
68
23.2
20.3
11.1
2.4
59.5
0.74
6.8
25-09-2009
236
7.30
26.4
98
119.6
66
24.8
22.9
13.1
0.97
33.8
1.1
11.6
1.08
11.7
U
(μg/l)
<50
5.43
5.7
9.4
3.8
7.47
2.8
Tabela AI-8 – Furo F2-S (Furo 2 - colheita superficial): resultados das análises às águas colhidas em cada uma das campanhas efectuadas (dados de laboratório).
Data
K+ Mg2+ SiO2
Cl- NO2- Br- NO3- PO43- SO42FTº C C.E. pH CO2 Alcal. HCO3- D.T. Ca2+ Na+
da
(LAB) (LAB) (LAB) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm)
colheita
28-03-2008
175 7.63 5.4
90
110
86 24.8 21
3.7
5.8
1.6
8.8 0.001
0.78 0.35 2.8
U
(μg/l)
<50
26-09-2008
224
7.67
9.0
101
123
76
24.0
22.8
4.2
3.9
81.8
0.68 14.19
0.86
4.64
5.5
26-03-2009
254
7.62
11.8
107
131
86
20.0
19.8
10.6
8.8
35.5
0.97
7.9
3.4
4.7
3.5
25-09-2009
251
6.68
53
105
128
72
25.6
24.5
12.0
1.95
43.2
1.2
12.6
17.8
5.7
3.2
Tabela AI-9 – Furo F2-P (Furo 2 - colheita em profundidade): resultados das análises às águas colhidas em cada uma das campanhas efectuadas (dados de
laboratório).
196
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Data
K+ Mg2+ SiO2
Cl- NO2- Br- NO3- PO43- SO42FTº C C.E. pH CO2 Alcal. HCO3- D.T. Ca2+ Na+
da
(LAB) (LAB) (LAB) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm)
colheita
28-03-2008
73 6.92 29.6 37
45
28
7.2 12.2 9.6
2.4
0.98 5.3
1.8 0.87 3.25
26-09-2008
152
6.43
32.6
36
43.9
46
16.0
14.1
0.14
1.5
89.9
0.52
6.93
26-03-2009
92
7.04
40.2
90
110
70
24.0
14.2
0.6
2.4
113
0.59
4.6
25-09-2009
79
6.38
111
38
46.4
52
19.2
16.9
0.55
0.98
36.2
1.04
8.9
1.11
1.62
3.1
U
(μg/l)
<50
2.14
15
1.7
25
3.3
18
Tabela AI-10 – Furo F10-S (Furo 10 - colheita superficial): resultados das análises às águas colhidas em cada uma das campanhas efectuadas (dados de laboratório).
Data
K+ Mg2+ SiO2
Cl- NO2- Br- NO3- PO43- SO42FTº C C.E. pH CO2 Alcal. HCO3- D.T. Ca2+ Na+
da
(LAB) (LAB) (LAB) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm)
colheita
28-03-2008
79 6.96 26.6 38 46.4 88 30.4 12.6 9.3
2.9
0.99 5.7 0.006
1.12 0.96 3.1
26-09-2008
105
6.71
21.6
72
87.8
22
8.0
12.3
0.40
0.5
85.6
0.33
7.56
26-03-2009
154
6.75
63.2
95
116
86
22.4
12.1
1.3
7.3
58.2
0.64
4.9
25-09-2009
84
6.62 136.6
35
42.7
56
4.8
12.4
2.29
10.7
40.2
0.84
8.6
2.89
0.59
5.76
U
(μg/l)
<50
3.24
26
2.3
160
5.69
13
Tabela AI-11 – Furo F10-P (Furo 10 - colheita em profundidade): resultados das análises às águas colhidas em cada uma das campanhas efectuadas (dados de
laboratório).
197
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Data
K+ Mg2+ SiO2
Cl- NO2- Br- NO3- PO43- SO42FTº C C.E. pH CO2 Alcal. HCO3- D.T. Ca2+ Na+
da
(LAB) (LAB) (LAB) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm)
colheita
28-03-2008
196 7.72 3.0 105 128
80
24
29
3.0
4.9
2.8 10.7 0.003
3.2
3.3
U
(μg/l)
<50
26-09-2008
244
7.48
6.0
107
131
74
18.4
45.7
2.5
6.8
58.4
1.27 15.12
1.89
2.02
1.6
26-03-2009
260
7.12
11.0
115
140
60
16.8
48.8
2.6
4.6
30.3
2.3
9.8
0.98
1.03
1.1
25-09-2009
304
7.35
18.6
128
156
70
20
40.6
4.8
4.9
18.3
1.39
20.3
1.6
5.95
<1
1.3
Tabela AI-12 – Furo PP1-S (Furo PP1 - colheita superficial): resultados das análises às águas colhidas em cada uma das campanhas efectuadas (dados de
laboratório).
Data
K+ Mg2+ SiO2
Cl- NO2- Br- NO3- PO43- SO42FTº C C.E. pH CO2 Alcal. HCO3- D.T. Ca2+ Na+
da
(LAB) (LAB) (LAB) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm)
colheita
28-03-2008
195 7.45 4.4 105 128
66 21.6 19.4 7.5
2.9
3.7
9.1
0.57
3.8
26-09-2008
241
7.93
4.0
112
137
66
17.6
38.1
2.7
5.4
41.3
1.18 13.61
26-03-2009
261
7.76
7.0
114
139
56
17.6
43.1
2.5
2.9
61.2
3.6
11.5
25-09-2009
278
7.74
3.4
123
150
58
22.4
45.0
2.4
0.48
19.3
1.07
17.5
0.82
2.4
U
(μg/l)
70
1.87
<1
0.6
<1
5.3
<1
Tabela AI-13 – Furo PP1-P (Furo PP1 - colheita em profundidade): resultados das análises às águas colhidas em cada uma das campanhas efectuadas (dados de
laboratório).
198
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Data
K+ Mg2+ SiO2
Cl- NO2- Br- NO3- PO43- SO42FTº C C.E. pH CO2 Alcal. HCO3- D.T. Ca2+ Na+
da
(LAB) (LAB) (LAB) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm)
colheita
28-03-2008
201 6.60 29.8 27 32.9 140 41.6 21 12.0 8.8
0.04 7.6
6.03 0.16 86.9
U
(μg/l)
<50
26-09-2008
229
6.31
49
24
29.3
68
16.8
26.0
1.8
6.3
55.4
0.18
8.76
1.40
76.7
14
26-03-2009
245
6.50
51.0
20
24.4
64
14.4
26.8
1.1
6.8
8.4
0.32
7.2
0.76
81.4
15
25-09-2009
275
7.30
50
20
24.4
70
20.8
26.5
1.2
4.4
27.2
0.21
10.3
87.1
14
0.65
5.4
0.11
Tabela AI-14 – Furo PP1A-S (Furo PP1A - colheita superficial): resultados das análises às águas colhidas em cada uma das campanhas efectuadas (dados de
laboratório).
Data
K+ Mg2+ SiO2
Cl- NO2- Br- NO3- PO43- SO42FTº C C.E. pH CO2 Alcal. HCO3- D.T. Ca2+ Na+
da
(LAB) (LAB) (LAB) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm)
colheita
28-03-2008
237 6.92 29
58
71
144 47.2 18.8 4.7
6.3
1.5
7.7 0.36
1.45 0.91 90.2
U
(μg/l)
110
26-09-2008
251
6.17
38
23
28.1
76
20.8
22.4
0.7
5.8
77.3
0.20
7.58
1.05
79.7
48
26-03-2009
244
6.44
49.0
21
25.6
52
15.2
21.3
1.9
3.4
54.3
0.29
6.2
2.2
77.4
24
25-09-2009
234
6.35
68
22
26.8
98
34.0
25.2
0.88
3.2
29.5
0.03
7.8
5.42
89.4
20
0.25
Tabela AI-15 – Furo PP1A-P (Furo PP1A - colheita em profundidade): resultados das análises às águas colhidas em cada uma das campanhas efectuadas (dados de
laboratório).
199
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Apêndice II – Fotos da mina de Castelejo
200
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Figura AII-1 – Céu Aberto I (CAI) [Foto de Abril de 2008].
Figura AII-2 – CAI - Nova perspectiva, notando-se o crescimento de vegetação [Foto de Abril de 2008].
201
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Figura AII-3 – Céu Aberto II (CAII) - Perspectiva do local de desmonte do filão [Foto de Abril de 2008].
Figura AII-4 – CAII – Outra perspectiva do local de desmonte do filão [Foto de Abril de 2008].
202
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Figura AII-5 – CAII - Perspectiva do fundo, parcialmente seco (zona correspondente à área vermelha),
sobre o qual se nota o crescimento de vegetação [Foto de Abril de 2008].
Figura AII-6 – CAII - A área vermelha corresponde à deposição sedimentar de metais oxidados
(essencialmente ferro e manganês) sobre o fundo do Céu Aberto, na época em que o mesmo se encontrava
totalmente inundado [Foto de Abril de 2008].
203
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Figura AII-7 – CAII - Nova perspectiva do fundo, vendo-se também o guincho de elevação situado sobre
um dos poços utilizados na caracterização preliminar da mina, mais tarde aproveitado para o processo de
lixiviação ácida [Foto de Abril de 2008].
Figura AII-8 – CAII - Outra perspectiva do fundo do Céu Aberto [Foto de Abril de 2008].
204
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Figura AII-9 – CAII - Ampliação da foto anterior [Foto de Abril de 2008].
Figura AII-10 – CAII - Ampliação da foto anterior, destacando-se o guincho de elevação e as tubagens que
conduzem o efluente extraído à estação de tratamento [Foto de Abril de 2008].
205
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Figura AII-11 – Dispositivo utilizado apenas na fase de laboração da mina, no processo de oxigenação do
efluente extraído do CAII [Foto de Abril de 2008].
Figura AII-12 – Estação de neutralização do efluente extraído do CAII (actualmente recebe o efluente
directamente do CAII, embora na fase de laboração da mina apenas recebesse o efluente após a sua
passagem pela fase de oxigenação) [Foto de Abril de 2008].
206
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Figura AII-13 – Outra perspectiva da estação de neutralização [Foto de Abril de 2008].
Figura AII-14 – Instalações da estação de neutralização [Foto de Março de 2009].
207
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Figura AII-15 – Estação de neutralização: local de introdução da cal [Foto de Março de 2009].
Figura AII-16 – Estação de neutralização: circuito de passagem da solução de cal[Foto de Março de 2009].
208
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Figura AII-17 – Estação de neutralização: tanque de adição de cal (pH ≈ 8-9) [Foto de Março de 2009].
Figura AII-18 – Estação de neutralização: tanque de adição de cloreto de bário [Foto de Março de 2009].
209
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Figura AII-19 – Estação de neutralização: novo tanque de adição de cal, com vista ao aumento do pH para
valores próximos de 10 [Foto de Março de 2009].
Figura AII-20 – Estação de neutralização: canal de saída do efluente em direcção às lagoas de tratamento
[Foto de Março de 2009].
210
Vítor Manuel Gomes de Oliveira
Modelação hidrogeológica da área mineira abandonada de Castelejo (Guarda)
Figura AII-21 – Lagoas de tratamento do efluente proveniente da estação de neutralização, notando-se o
revestimento plástico, com vista à impermeabilização do leito [Foto de Abril de 2008].
Figura AII-22 – Outra perspectiva das duas lagoas de tratamento do efluente proveniente da estação de
neutralização, vendo-se a lagoa superior, de decantação, e a lagoa inferior, de aeração, após o que se
sucede a descarga no meio hídrico [Foto de Abril de 2008].
211